Text
А. С. АНТОНОВ * Б. А. АРТАМОНОВ
Б. М. КОРОБКОВ * Е.И. МАГИДОВИЧ
Доенное Издательство
МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СОЮЗА ССР Москва • 1 9 $4
Антонов А. С., Артамонов Б. А., Коробков Б. М., Магидович Е. И.
«ТАНК»
В книге «Танк» показан приоритет русских изобретателей, инженеров и ученых в создании боевой гусеничной машины — танка, а также описано зарождение и развитие советской танковой техники.
В книге просто и доступно для широкого круга читателей изложены основы устройства танка, условия его движения и принципы действия агрегатов и механизмов.
Книга предназначена для офицеров-танкистов и для офицеров других родов войск, которым необходимо ознакомиться с основами устройства танков. Она может быть использована также членами общества ДОСААФ при изучении устройства танков.
ОТ АВТОРОВ
Авторы считают своим долгом принести благодарность: кандидатам технических наук — Благонравову А. И., Сергееву Л. В., Малиновскому А. Н., Тарасову В. В., Волгину М. П.; кандидату военных наук Третьякову Б. М.; инженерам — Петрову А. В., Выгодскому С. Ю., Полякову Т. П. и Минину А. А., давшим ценные замечания и советы при просмотре рукописи.
Авторы приносят благодарность: доктору технических наук, профессору Ефремову В. В., доктору технических наук, профессору Зиме-леву Г. В., профессору Степанову Ю. А.; инженеру Малине М. Н.; кандидатам технических наук — Галкину Ю. М., Жильцову В. Р., Мосто-венко В. Д., Белову В. А., Мирошникову Л. В. и другим лицам, приняв-, шим активное участие в обсуждении книги «Танк» при подготовке ее к печати и давшим полезные замечания.
Обложка и титул художника ИВАНОВА Б. С.
ВВЕДЕНИЕ
Под руководством Коммунистической партии Советского Союза наш народ Построил социализм, одержал всемирно историческую победу в Великой Отечественной войне и в гигантских масштабах развернул созидательную работу по строительству коммунистического общества.
Девятнадцатый съезд Коммунистической партии подвел величественные итоги борьбы и побед советского народа и наметил программу дальнейшего движения нашей страны вперед. Съезд выдвинул в качестве главных задач партии на современном историческом этапе — построение коммунистического общества путем постепенного перехода от социализма к коммунизму, непрерывное повышение материального и культурного уровня общества, воспитание членов общества в духе интернационализма и установления братских связей с трудящимися всех стран, всемерное укрепление активной обороны Советской Родины от агрессивных действий ее врагов.
Вдохновляемый и руководимый Коммунистической партией, советский народ успешно осуществил социалистическую индустриализацию страны и коллективизацию сельского хозяйства. Советский Союз в кратчайший исторический срок превратился из аграрной страны в индустриальную, с крупным, коллективным машинизированным сельским хозяйством, в цитадель передовой науки и культуры, в могучую социалистическую державу. Победа социализма была законодательно закреплена принятием Конституции Союза ССР.
Советский народ, построив социализм в нашей стране, навсегда уничтожил эксплуатацию человека человеком, создал новый государственный строй и под руководством Коммунистической партии шел вперед к новым победам, успешно выполняя задачи третьего пятилетнего плана. Мирный созидательный труд нашего народа был нарушен вероломным нападением гитлеровской Германии на Советский Союз.
Великая Отечественная война была самой жестокой и тяжелой войной из всех войн, когда-либо пережитых нашей Родиной. Это была не
обычная война между двумя армиями, это была война всего советского народа против фашистских захватчиков. Целью этой войны было не только ликвидировать чудовищную опасность, нависшую над нашей Родиной, но и оказать помощь народам Европы, изнывавшим под игом германского фашизма.
В начале войны обстановка сложилась выгодно для войск немецко-фашистских захватчиков, внезапно и вероломно напавших на Советский Союз. Армия и флот фашистской Германии были отмобилизованными, кадровыми, они были придвинуты к границам СССР. За два года войны на Западе Германия приобрела опыт ведения военных операций с применением новейшей техники. К моменту нападения на нашу страну фашистская Германия располагала экономическими и людскими ресурсами не только на своей территории, но также и на территории Франции, Чехословакии, Австрии, Бельгии, Голландии, Венгрии, Румынии, Испании и ряда других стран.
Огромнейшие трудности выпали на долю Советского Союза в годы войны. Если бы с подобными трудностями встретилось любое буржуазное государство, оно не выдержало бы такого удара, какой гитлеровцы нанесли нашей стране. Только Советское социалистическое государство могло в этих условиях устоять, пережить невиданные трудности и добиться победы.
Под руководством Коммунистической партии и Советского правительства советский народ и его Вооруженные Силы разгромили фашистскую Германию, одержали всемирно исторические победы в Великой Отечественной войне, отстояли свои социалистические завоевания, спасли не только свободу и независимость своей Советской Родины, но и принесли народам Европы освобождение из-под гитлеровского ига, спасли мировую цивилизацию от фашистских погромщиков.
Всемирно историческая победа советского народа во второй мировой войне означает, что победил советский общественный строй, победил советский государственный строй, победили Советские Вооруженные Силы. Победа Советского Союза над фашистской Германией показала превосходство социалистической системы над капиталистической.
В предвоенные годы в результате успешного выполнения пятилетних планов социалистического строительства Советский Союз и его армия были подготовлены к активной обороне. Благодаря заботам партии и правительства Советская Армия превратилась в могучую и грозную силу.
В нашей стране еще в довоенные годы были созданы первоклассная артиллерия, мощная авиация, бронетанковые и механизированные войска, оснащенные передовой техникой, которая по качеству превосходила технику врага.
В годы войны Советская Армия одержала над врагом ряд выдающихся побед. «Все эти победы будут жить в веках. Каждая из них — это золотая страница военной истории нашего народа» !.
В великих победах нашли свое выражение блестящие боевые качества советских бойцов и офицеров, полководческое искусство наших командных кадров, превосходство советской военной науки.
После первой мировой войны буржуазная военная наука не смогла решить вопроса о правильном соотношении различных родов войск в современной армии. Известно, например, что в своих авантюристических планах «молниеносной» войны фашисты отводили танкам особое место,
1 Н. Булганин, Речь на XIX съезде ВКП(б), Госполитиздат, 1953, стр. 10.
надеясь с иХ помощью добиться быстрой и легкой победы. Не уделяя необходимого внимания другим родам войск и вопросам взаимодействия их, не учитывая реальных возможностей танков, немецкие фашисты не сумели создать полноценные танки и найти правильные формы их применения. '
Советской военной науке принадлежит решение задачи, оказавшейся непосильной буржуазной военной стратегии,— о роли в современной войне танков вообще, танковых и механизированных соединений в частности, об их применении и взаимодействии с другими родами войск. Советские бронетанковые и механизированные войска во взаимодействии с другими родами войск сыграли выдающуюся роль в важнейших операциях Великой Отечественной войны.
Когда гитлеровская Германия напала на Советский Союз и над нашей Родиной нависла смертельная опасность, Коммунистическая партия и Советское правительство возглавили борьбу советского народа против иноземного нашествия, подняли всех советских людей на Великую Отечественную войну.
Советский Союз не только выдержал величайшие испытания войны, но еще более окреп. Сложившееся в итоге построения социализма морально-политическое единство советского общества явилось одним из важнейших условий нашей победы в Отечественной войне. В период войны еще более окрепла и закалилась дружба народов нашей страны. Рухнули надежды империалистов на ослабление Советского государства в результате войны. Итоги войны показали всему миру, какой мощной силой является наша Родина.
В результате победы Советского Союза над гитлеровской Германией и империалистической Японией от капитализма отпал ряд стран Европы и Азии. Важнейшим историческим событием явилась великая победа китайского народа. Произошло усиление лагеря социализма и демократии и ослабление лагеря капитализма. Ныне одна треть человечества навсегда избавлена от ига империализма.
Победоносно завершив Великую Отечественную войну, советский народ сосредоточил свои силы на Мирном коммунистическом строительстве и добился исторических успехов. Промышленное производство по своему объему выросло в нашей стране за 35 лет в 39 раз. За один лишь 1953 год оно увеличилось по сравнению с 1952 годом на 12% и в 2,5 раза превысило уровень 1940 года.
Со всей энергией и настойчивостью Коммунистическая партия решает сейчас самую насущную в настоящих условиях всенародную задачу — на базе мощного роста тяжелой индустрии, являющейся основой основ советской экономики, осуществить крутой подъем сельского хозяйства, резко увеличить производство предметов народного потребления, в ближайшие 2—3 года в достатке обеспечить население промышленными и продовольственными товарами, решительно повысить жизненный уровень трудящихся.
Коммунистическая партия и Советское правительство проявляют всемерную заботу о том, чтобы обеспечить мирный труд советского народа, сохранить мир и не допустить новой войны.
Во внешней политике наша партия и правительство исходят из указаний великого Ленина о возможности длительного сосуществования и мирного соревнования двух систем — социалистической и капиталистической.
Народы Советского Союза, руководимые Коммунистической партией, заинтересованы в длительном сосуществовании и мирном соревновании двух систем, потому что они твердо уверены в преимуществах социали
стической системы хозяйства, твердо уверены в своих внутренних силах и в непрерывно растущих силах всего лагеря мира, демократии и социализма.
Неуклонный рост экономики социалистического и демократического лагеря и одновременно с этим обострение противоречий, углубление экономических трудностей в капиталистическом лагере обусловливают резкую активизацию реакционных империалистических сил, усиление разного рода провокаций, авантюр и диверсий империалистов против социалистического и демократического лагеря.
Наша партия, как указывал в отчетном докладе на XIX съезде партии товарищ Маленков, будет и впредь продолжать борьбу против подготовки и развязывания новой войны, сплачивать для укрепления мира могучий антивоенный демократический фронт, укреплять и развивать нерушимые дружественные отношения со странами миролюбивого, демократического лагеря, неустанно крепить оборонную мощь Советского государства и повышать нашу готовность к сокрушительному отпору любым агрессорам.
На страже мирного созидательного труда советского народа бдительно, в постоянной боевой готовности, стоят наши Вооруженные Силы.
Вместе со всеми воинами Советской Армии советские танкисты неустанно укрепляют воинскую дисциплину и повышают бдительность, совершенствуют свои политические знания и боевое мастерство, овладевают первоклассной боевой техникой, укрепляют могущество Вооруженных Сил, чтобы оправдать высокое доверие советского народа, уверенно идущего к победе коммунизма.
ГЛАВА ПВРВЛН
ИЗ ИСТОРИИ ОТКРЫТИЙ И ИЗОБРЕТЕНИЙ, ПОДГОТОВИВШИХ СОЗДАНИЕ ТАНКА
Создание танка — сложной современной боевой машины — стало возможным лишь к началу XX в., когда наука, техника и машинное производство достигли высокого уровня развития. Возросшая в результате совершенствования артиллерии, автоматического оружия и инженерного дела мощь обороны вызвала в начале первой мировой войны необходимость в новом наступательном средстве. Другими словами, в начале первой мировой войны уже окончательно созрели условия для появления танка — боевой гусеничной машины, сочетающей высокую огневую мощь, броневую защиту и подвижность.
Техническая база для самодвижущихся машин впервые возникла с изобретением в России паровой машины (вторая половина XVIII в.). Гусеничный ход русского изобретателя Загряжского (начало XIX вд сделал возможным создание машин высокой проходимости. На этой основе уже к концу прошлого столетия появляется ряд проектов самодвижущихся бронированных и вооруженных боевых повозок. Однако ни один такой проект не был осуществлен. Это объясняется в основном двумя причинами: во-первых, техническим несовершенством двигателей и механизмов, которые были необходимы для боевых повозок;
во-вторых, недостаточным уровнем развития производительных сил, не позволявшим организовать достаточно широко производство механических боевых повозок для армий. Да и армии не испытывали еще настоятельной потребности в боевом подвижном средстве нового типа.
Лишь в начале XX в. окончательно сложились все необходимые условия для появления нового оружия машинного периода войн — танка.
Развитие техники в XVIII—XIX вв. подготовило условия для изобретения танка.
Говоря об истории возникновения танка, следует остановиться хотя бы на основных звеньях длинной цепи научных открытий и изобретений, обеспечивших его создание.
Почетную роль в этих открытиях и изобретениях, как и в развитии всех отраслей науки и техники, сыграли русские ученые, инженеры и мастера. Многие замечательные создания русских людей, как, например, паровая машина, трактор, танк и другие, не нашли распространения в царской России, отсталой в экономическом отношении, и были присвоены заграничными дельцами, беззастенчиво выдававшими их за собственные изобретения.
Царское правительство, находившееся в зависимости от иностранного капитала, не оберегало национальный приоритет русского народа в научных открытиях и изобретениях. Иностранные капиталисты, занимавшие в России прочные позиции, иностранцы на русской службе, «путешественники», искавшие в России легкой наживы, всячески пытались доказать, что русский народ неспособен к научному и техническому творчеству. Царизм и господствующие классы, зараженные низкопоклонством перед иностранщиной, сознательно держали народ в темноте и всячески тормозили его духовное развитие, не могли и не желали признать великие творческие возможности русского народа. Но даже в этих тяжелых условиях царской России творческий гений русского народа горел неугасимым пламенем и освещал дорогу человечеству на пути прогресса.
СОЗДАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ
ПАРОВАЯ МАШИНА И. И. ПОЛЗУНОВА
Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она предназначалась для использования в заводском производстве. Позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах — паровозах, автомобилях, тракторах.
Над использованием пара в качестве двигательной силы задумывались еще в глубокой древности. Однако лишь на рубеже XVII—XVIII вв. удалось найти способ производить полезную работу с помощью пара. При помощи пара действовал насос, качавший воду в резервуар. Вытекая из резервуара и падая на водяное колесо, вода заставляла его вращаться. Водяное колесо, в свою очередь, приводило в движение заводские механизмы и машины.
Таким образом, и после изобретения парового насоса непосредственным двигателем рабочих машин оставалось водяное колесо.
Русский механик Иван Иванович Ползунов решил отказаться от водяного колеса и создал паровую машину, которая работала как самостоятельный механический двигатель.
..«L
Рис. 1. Поперечный разрез первой в мире паровой машины И. И. Ползунова, предназначенной для заводских нужд; изобретена в 1763 г.
На оригинале заглавная надпись: „Профиль боковая, по короткой стороне строения. Табель 2-я“ (Центральный государственный исторический музей в Ленинграде)
25 апреля 1763 г. Ползунов, тогда механик на Колывано-Воскресен-ских горнорудных заводах Алтая, подал начальнику заводов проект «огневой машины, способной по воле нашей, что будет потребно, исправлять». Это и был проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в движение любые рабочие механизмы (рис. 1). Начальник заводов одобрил проект и послал его на рассмотрение в Петербург. Вскоре из Петербурга пришел ответ: «... Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно». Паровая машина Ползунова получила признание.
Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство не согласилось на это и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки. Постройку машины поручили Ползунову, а в помощь ему были выделены «не знающие, но только одну склонность к тому имеющие из здешних мастеровых двое» да несколько подсобных рабочих.
С этим «штатом» Ползунов и приступил к постройке своей машины. Строилась она год и девять месяцев. Когда машина уже прошла первое испытание, Ползунов заболел скоротечной чахоткой: напряженная работа, бессонные ночи подорвали его здоровье. За несколько дней до завершающих испытаний машины Иван Иванович Ползунов умер.
23 мая 1766 г. ученики Ползунова Левзин и Черницын одни приступили к последним испытаниям паровой машины. В «Дневной записке» от 4 июля было отмечено «исправное машинное действие». А 7 августа 1766 г. вся установка — паровая машина и мощная воздуходувка — была сдана в эксплуатацию (рис. 2).
Всего за три месяца работы машина Ползунова не только оправдала все затраты на ее постройку в сумме 7233 руб. 55 коп., но и дала чистую прибыль в 12 640 руб. 28х/2 коп.
10 ноября 1766 г. котел дал течь, и машина остановилась. Несмотря на то, что эту неисправность можно было легко устранить, заводское начальство, не заинтересованное в механизации, забросило замечательное творение Ползунова.
Тринадцать лет машина бездействовала, а в 1779 г. немцы — управители Алтайских заводов — отдали преступное распоряжение машину разобрать, «находящуюся при оной фабрику разломать и лес употребить на что годен будет».
Паровая машина не получила тогда распространения в русской промышленности, потому что при наличии дешевого крепостного труда и низкого спроса на фабрично-заводскую продукцию невыгодно было затрачивать средства на механизацию.
Паровую машину, которую построил Ползунов, видели приезжавшие в Россию иностранцы, о ней писали за границей. Только через двадцать лет после смерти Ползунова англичанин Джемс Уатт смог построить паровую машину.
Создавая паровую машину на много лет раньше Уатта, Ползунов отлично понимал все значение своего изобретения. Он мечтал «облегчить труд по нас грядущи м». Эта благородная мечта и была воплощена в его паровой машине.
В городе Барнауле на берегу пруда и сейчас есть уголок, известный в народе под названием «Ползуновское пепелище». На этом месте когда-то была сооружена и работала «огненная машина» Ивана Ивановича Ползунова,
Рис. 2. Паровая машина И. И. Ползунова в действии (По рисунку художника В. А. Тамби)
ПРИМЕНЕНИЕ ПАРОВОЙ МАШИНЫ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ И КОЛЕСНОГО ТРАКТОРА
В начале XIX в. паровая машина была применена в качестве двигателя на транспорте, сначала на водном (пароход), затем на железнодорожном (паровоз). Поэтому естественным было стремление изобретателей использовать ее также для безрельсового транспорта, где все еще господствовала конная тяга.
В 1830 г. русский лафетный мастер К. Янкевич представил проект безрельсового парового «быстроката». В объяснении к проекту Янкевич, заглядывая далеко вперед, писал: «Введение и употребление сухопутного летнего и зимнего парового экипажа без сомнения принести может государству немаловажную пользу поспешнейшим доставлением всех сведений и необходимых потребностей во все места, а равно и сообщением со всеми городами».
Однако прошло более тридцати лет, пока мысль Янкевича была осуществлена.
На Урале, к северо-востоку от Нижнего Тагила, между Верхней и Нижней Салдой пролегает дорога. По этой дороге более восьмидесяти лет тому назад совершал регулярные рейсы паровой автомобиль. Он был построен русским изобретателем Аммосом Черепановым.
Примерно в то же время создаются паровые колесные тракторы и начинается их производство в заводских условиях. В 1876—1877 гг. Брянский завод выпустил первые два трактора. В 1903 г. Коломенский завод построил тракторы, успешно применявшиеся на строительстве Амурской железной дороги.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Паровая машина как двигатель для безрельсовых самоходов обладала весьма существенным недостатком: ее паровой котел занимал много места и имел большой вес. Кроме того, для запуска паровой машины требовалось разогревать котел, на что уходило много времени. Изобретатели уже давно задумывались над тем, нельзя ли обойтись без котла и сжигать горючее непосредственно в цилиндрах двигателя. На это наталкивало, в частности, использование пороха в артиллерии.
Однако лишь в 1860 г. был построен первый работающий газовый двигатель. Правда, и он был еще крайне несовершенен. Горючая смесь (смесь газа с воздухом) засасывалась в цилиндр на половине хода поршня, после чего происходила вспышка. Наибольшее давление в цилиндре двигателя составляло всего лишь 4 ат (атмосферы), в то время как в современных двигателях оно достигает 40—80 ат. В полезную работу в этом двигателе превращалась лишь ничтожная часть энергии сгоревшего газа.
В 1877 г. были построены газовые двигатели внутреннего сгорания, которые при мощности 8 л. с. весили почти 2000 кг, т. е. на 1 л. с. приходилось около 250 кг. О применении таких тяжелых двигателей на самоходах не могло быть и речи. Кроме того, газовые двигатели были вообще непригодны для транспортных машин, так как перевозить на самоходе необходимое количество газового горючего тогда не умели. Поэтому область применения газовых двигателей была ограничена стационарными установками. Но стационарный газовый двигатель внутрен-12
него сгорания уступал паровой машине, более простой и надежной в работе.
Только дешевое и удобное для перевозки жидкое горючее — бензин, керосин и нефть — открывало широкие возможности использования двигателя внутреннего сгорания в самодвижущихся машинах.
Рис. 3, Двигатель внутреннего сгорания периода 1879—1884 гг., хранящийся в Центральном дим.е авиации и ПВО имени М. В. Фрунзе
Честь создания двигателя внутреннего сгорания, работающего на жидком горючем, достаточно мощного и в то же время легкого, что определяло возможность использовать его на транспорте, принадлежит талантливым русским изобретателям и выдающимся русским ученым.
Первый в мире бензиновый двигатель внутреннего сгорания был разработан и построен в России в 1879—1884 гг. Двигатель был многоцилиндровым (расположение цилиндров — горизонтальное), имел карбюраторы, систему зажигания от электрической искры и другие приборы.
Этот двигатель (рис. 3) полностью сохранился и находится сейчас в Москве, в Центральном доме авиации и ПВО имени М. В. Фрунзе.
В отличие от двигателей, имевших горизонтальное расположение цилиндров, молодой конструктор Б. Г. Луцкой впервые построил в 1885 г. четырехцилиндровый карбюраторный двигатель с вертикальным расположением цилиндров.
В 1888 г. мастер Балтийского завода Ягодзинский построил легкий компактный авиационный бензиновый двигатель.
Приоритет в разработке теории двигателей внутреннего сгорания принадлежит также русским ученым.
Классические основы теории двигателей внутреннего сгорания предложены в 1906 г. русским ученым, профессором Московского высшего технического училища В. И. Гриневецким, и развиты в дальнейшем советскими учеными, профессорами Е. К. Мазингом, Н. Р. Брилингом, Б. С. Стечкиным и другими.
Рис. 4. Русские инженеры первые построили двигатель с воспламенением от сжатия, работающий на нефти. Первый такой двигатель построен в 1899 г. в Петербурге
ДВИГАТЕЛИ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ, РАБОТАЮЩИЕ НА ТЯЖЕЛОМ ГОРЮЧЕМ
В начале 90-х годов прошлого века был предложен проект двигателя, в цилиндры которого всасывается не смесь паров бензина с воздухом, а чистый воздух, нагревающийся в цилиндре при такте сжатия. В нагретый до высокой температуры воздух предполагалось впрыскивать сырую нефть, которая смешивалась бы с воздухом и воспламенялась без специального устройства для зажигания. При этом также значительно повышалась экономичность двигателя (уменьшался расход горючего).
Осуществление этой идеи было связано со значительными практическими трудностями. Главное затруднение состояло в необходимости хорошо распылить в цилиндре и тщательно перемешать с воздухом тяжелое, плохо испаряющееся горючее, каким является нефть.
Эта задача была успешно решена русскими инженерами. В 1899 г. на механическом заводе в Петербурге был спроектирован и построен двигатель внутреннего сгорания в 25 л. с., работающий на нефти (рис. 4). Он расходовал всего 240 г горючего (нефти)
на 1 л. с. ч., что по тому времени было выдающимся достижением.
Созданный русскими инженерами двигатель с воспламенением от сжатия успешно внедряется в технику: его начинают устанавливать на теплоходах \ подводных лодках, на электростанциях и т. д.
Рис- 5- Бескомпрессорный двигатель, построенный Но использованию я. В. Маминым этого двигателя на су-
хопутных самоходах мешало серьезное препятствие: впрыск горючего в цилиндры производился тогда при помощи сжатого воздуха, нагнетаемого специальным компрессором. Компрессор увеличивал размеры и вес двигателя. Чтобы избавиться от компрессора, надо было создать новую топливную аппаратуру, позволяющую подвергать горючее высокому давлению и впрыскивать его в цилиндры под этим давлением, без помощи сжатого воздуха. Эту задачу успешно решил русский изобретатель Яков Васильевич Мамин.
В 1899—1903 гг. Мамин построил первый бескомпрессорный двигатель стационарного типа с воспламенением от сжатия (рис. 5). Несколько позже на его основе он создал транспортный бескомпрессорный двигатель и впервые в мире (в 1910 г.) применил его на колесном тракторе (рис. 6), названном им р у с с к и м трактором.
Двигатели Мамина не раз демонстрировались на всероссийских
и международных выставках и неизменно получали -высокую оценку. Над созданием отечественных тракторов с отечественными двигателями Мамин успешно работал после Октябрьской революции.
За границей тракторы с бензи!новы1М1и двигателями внутреннего сгорания стали р аспростр аняться
примерно с 1912 г. Над проблемой использования ; двигателя с воспламене-
нием от сжатия на трак- Рис- 6. Колесный трактор, построенный торах там еще не рабо- Я. В. Маминым в 1910 г.
тали.
1 Первый в мире теплоход («Вандал») был построен в 1903 г. в Петербурге. Его силовая установка состояла из трех двигателей с воспламенением от сжатия, по 120 л. с. каждый. Через год из Петербурга в Рыбинск отправился второй русский теплоход — «Сармат». За границей теплоходы стали строить только через семь лет.
СОЗДАНИЕ ГУСЕНИЧНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
ГУСЕНИЧНЫЙ ХОД КОНСТРУКЦИИ ДМИТРИЯ ЗАГРЯЖСКОГО
12 марта 1837 г. штабс-капитан русской армии Дмитрий Загряжский вошел в Министерство финансов с ходатайством о выдаче ему привилегии (патента) на экипаж с плоскозвенчатой металлической гусеницей. В протоколе комиссии, рассматривавшей предложение, представленное изобретателем, говорится: «Из представленных Загряжским описания и чертежей сего изобретения видно, что около каждого обыкновенного колеса, на которых катится экипаж, обводится железная цепь, натягиваемая шестиугольными колесами, находящимися впереди обыкновенного. Бока шестиугольных колес равняются звеньям цепи; цепи сии заменяют до некоторой степени железную дорогу, представляя колесу всегда гладкую и твердую поверхность. Каждая цепь получает свое движение от обыкновенного колеса, которое, вертясь на своей оси, передает вперед освобождающиеся из-под него звенья, и таким образом, цепь, переходя через шестиугольное колесо, ложится опять под обыкновенное колесо экипажа. Шестиугольные колеса, в случае ослабления цепей, натягиваются особыми винтами. Польза сего изобретения, по объяснению г. Загряжского, состоит в том, что лошадь может везти в таковых повозках двойную тяжесть; что для устройства их не требуется больших издержек; они могут быть употребляемы как на шоссе, так и на обыкновенных дорогах, преимущественно же полезны на песчаных и грязных, где цепь, окружающая колесо, не допускает его врезываться в песок или грязь, предоставляя ему всегда .твердую и гладкую поверхность...»
Таким образом, речь идет об изобретении гусеничного хода с металлическими гусеницами, подобного применяемому на современных гусеничных машинах. Интересно то, что проект разработан Загряжским во всех деталях, вплоть до приспособления для натяжения гусениц в случае их ослабления.
За границей гораздо более сложный гусеничный движитель, совершенно непригодный для быстроходных самоходных машин, был предложен лишь в 1857 г., т. е. на 20 лет позже Загряжского.
ОДНОГУСЕНИЧНЫЙ ПАРОВОЙ ТРАКТОР КОНСТРУКЦИИ С. МАЕВСКОГО
В 1876 г. Департамент торговли и мануфактур выдал привилегию штабс-капитану артиллерии Стефану Маевскому на предложенный им «способ передвижения поездов и повозок с помощью локомотива, по обыкновенным дорогам». В тексте привилегии сказано:
«Сущность изобретения состоит в передвижении повозок по обыкновенным грунтовым дорогам посредством особой паровой машины, перемещающейся вместе с поездом по особого устройства бесконечной цепи, причем паровая машина не тянет за собой поезд, а наоборот, двигает его перед собою. Составляющие поезд вагоны и повозки, а равно и сама машина снабжены для передвижения по цепи особыми желобчатыми колесами, располагаемыми по одному по продольной оси их, а следовательно, и всего поезда, причем с боков вагоны и повозки поддерживаются гладкими колесами или дисками. Цепь, по которой катятся колеса поезда, при укладывании на землю получает вид особой формы плоского рельса, почему и названа просителем рельсовою...» И далее: «Чтобы рельсовая цепь могла служить более долгое время и чтобы на трение в сочленениях звеньев ее расходовалось возможно меньшее количество работы паровой машины, для этого в боковые ребра вертикаль-16
Рис. 7. Проект гусеничного парового трактора С. Маевского (1876 г.), вид сбоку
них звеньев с внутренней стороны должны быть вставлены специальные пластины».
В своем проекте (рис. 7, 8) Маевский предусматривает механизм, который позволяет менять силу тяги на гусенице. Этот механизм трансмиссии мы теперь называем коробкой передач.
Устройство коробки передач Маевского описано в привилегии так: «Вал, служащий для наматывания рельсовой цепи, приводится во вращение от двигателя посредством нескольких зубчатых колес, на нем насаженных, разного диаметра, с целью изменения величины тяги при разных условиях, например — подъеме. Зубчатые колеса эти соединены с валом паровой машины посредством бесконечной цевочной цепи. Последняя, сцепляясь постоянно с одним и тем же . колесом паровой машины, может цепляться попеременно с каждым из зубчатых колес наматывающего вала, начиная с самого большого диаметра до наименьшего. Для этой цели зубчатое колесо, сидящее на вале, приводимом в движение двигателем, может перемещаться вдоль его, смотря по требуемой скорости».
Коробки передач современных колесных и гусеничных машин имеют два основных вала: ведущий, связанный с двигателем, и ведомый, связанный с движителем; на обоих валах установлены шестерни (зубчатые колеса). При сцеплении этих шестерен попарно между собой изменяется скорость вращения ведомого вала, а тем самым и колес (или гусениц) движителя.
Следовательно, коробка Маевского отличается от современных коробок передач лишь тем, что шестерня ведущего вала вращает любую шестерню ведомого вала не непосредственно, а через цепную передачу.
Трактор Маевского имел одну очень широкую гусеницу. Удельное давление гусеницы на грунт было мало, что повышало проходимость машины. Правда, при этом осложнялась задача обеспечения поворотливости трактора.
К одногусеничной машине мы вернемся, когда будем говорить об изобретении первого русского танка.
Изобретатель парового гусеничного трактора Ф. А. Блинов
ДВУХГУСЕНИЧНЫЙ ПАРОВОЙ ТРАКТОР Ф. А. БЛИНОВА
15 марта 1878 г. волжский пароходный машинист-самоучка Федор Абрамович Блинов обратился в Департамент торговли с ходатайством о выдаче ему привилегии «на особого устройства вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по шоссейным и проселочным дорогам». Привилегия (рис. 9) была выдана, и в конце 1880 г. гусеничный «вагон» Блинова проходил уже испытания. Пока это еще не был трактор. Блинов испытывал лишь гусеничный ход.
Вот что писала по поводу испытаний Блинова газета «Саратовский листок»:
«Вольск, 3 января (от нашего корреспондента).
Новость наша... самого приятного содержания: это применение к действию замечательного изобретения г. Блинова, обещающего иметь, несомненно, в недалеком будущем громадное экономическое значение. Г. Блинов, изобретатель бесконечных рельсов, делал на днях пробу своей платформы. Платформа с самодвижущимися рельсами, нагруженная 550 пудами (2000 кирпичей и более 30 взрослых человек народа), запряженная парой обыкновенных рабочих лошадей, на днях проезжала
несколько раз по улицам нашего города, вызвав всеобщее удивление и одобрение...»
В 1884—1887 гг. Блинов строит на базе своей гусеничной платформы паровой трактор (рис. 10).
Блинову впервые удалось разрешить задачу поворота гусеничного самохода. Его трактор имел две паровые машины, установленные на пятиметровой платформе. Каждая машина приводила во вращение ве
дущее колесо, которое, в свою очередь, с помощью четырех полукруглых выступов вращало металлическую гусеницу. Трактор поворачивался при
неодинаковых скоростях гусениц, т. е. так же, как на всех современных гусеничных машинах. Правда, теперь для этой цели используются не два двигателя, а особые механизмы поворота, но в основе поворота попрежнему лежит принцип, предложенный Блиновым.
Трактор, построенный Блиновым, успешно прошел испытания (рис. 11) и полностью оправдал надежды изобретателя.
В 1896 г. трактор Блинова демонстрировался на Нижегородской промышленной выставке. Трактор вел сын Блинова, а сам Федор Абрамович давал пояснения. На вопрос одного из членов жюри: «Зачем такой паровоз?» — Федор Абрамович ответил: «Как зачем! Для пахоты и прочих нужд в хозяйстве. Для уборки урожая и перевозки зерна в бездорожье... Да и на все другое...» Так глубоко понимал русский изобретатель значение гусеничного трактора.
ПРИВИЛЕПЯ,
выданная изъ Департамента Торговли и Мануфактуръ въ 1879 j. крестьянину Федору Блинову на особаго устройства вагонъ съ безконечными рельсами, для перевозки грузивъ по шоссейным! и проселочным* дорогам*.
Купец* Канунников*. 15 Марта 1878 года, вошел* въ Департамент* Торговли и Мануфактуръ съ прошенхемъ о выдач! крестьянину Федору Блинову, проживающему въ Саратовской губернии, въ Вольском* у!зд!, въ деревн! Никольской, десятилптг ней привилепи на особаго устройства вагонъ съ безконечными рельсами, для перевозки грузивъ по шоссейными и проселочным*
дорогамъ
Въ описанТи изъяснено:
Г.ШУ4 ’«г - да
[°^ZeW К°РРес-
мащиии новостями „ нЛ» У сь ВЯл“» Нихъ *««й-Я080си ()аша IZZ °*Пл1 Ий? НОс легальной *]
Г?"[Явтиаго содержа^ ZZZ'Z' ?в*8Ч зЛмНатеяьнаго КЧ
Ринова, об*щв»адаго ‘ -обРЬтешя г| 5ЖЙЬ недалеко-*, 1 ’ и8с<*^нио,|
g&y комическое ян ~'г г гД°*«Дное Э1М
5^Аийлг прэбу С6,еб КЛ
С8“»А«ижущнайся ^латФзри&Я
пая 550 п (2000 Кнрвдчей и ^Г^*еи< Взрослых* челоМкъ Л*! А “ бо4*е Зоя • «эрой обыкновенных <» м^чв!”’^”*ен’*а,,Ж Явадяяхъ Я₽в1йжала Л0Ш8Де®’В
•иадчь нашего горола ₽адъ ВДЯ
rowopeHie. честь и ^в*'е^ад'5
Рис. 9. Привилегия, выданная Ф. А. Блинову на изобретенную им гусеничную платформу и первое сообщение в печати об испытаниях платформы (3 января 1881 г.)
Члены жюри не оценили огромного народнохозяйственного значения изобретения Блинова. Они лишь постановили выдать «...крестьянину
Рис. 10. Паровой гусеничный трактор Ф. А. Блинова— первый в мире работоспособный трактор с металлическими гусеницами
(с чертежа, приложенного к патентной заявке Ф. А. Блинова)
Федору Блинову похвальный отзыв за паровоз для проселочных дорог с бесконечными рельсами и за трудолюбие по его изготовлению...//
Рис. 11. Первое испытание трактора Ф. А. Блинова
«Не поняли купцы,— с горечью говорил Блинов своему ближайшему помощнику Я. В. Мамину,— что ж! Если доживешь, Яков, то увидишь, какое громадное дело выполнят в России эти блиновские самоходы...»
Изобретением Блинова заинтересовались немцы. Они хотели купить его трактор. Но Блинов не согласился, чтобы на русском изобретении стояла иностранная марка, и отказался продать его.
Последние годы своей жизни талантливый изобретатель успешно работал над проектом трактора с двигателем внутреннего сгорания. Смерть помешала ему завершить эту работу.
Трактор Блинова был первой в мире работоспособной гусеничной машиной. За границей идея парового гусеничного трактора возникла значительно позже, и лишь в 1888. г. американец Беттер взял патент на «изобретенный» им паровой гусеничный трактор с металлическими гусеницами.
Работоспособный сельскохозяйственный трактор удалось создать только на рубеже XX в. Главное место в ряду многочисленных изобретателей трактора по праву принадлежит Загряжскому и Блинову. Загряжский раньше других и наиболее полно разработал проект гусеничного хода с металлическими гусеницами, а Блинов создал работоспособный гусеничный трактор, патент на который он взял на десять лет раньше американца Веттера.
ПРОИЗВОДСТВО БРОНЕВОЙ СТАЛИ
ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В РОССИИ. П. П. АНОСОВ, П. М. ОБУХОВ, Д. к. ЧЕРНОВ
Сталь изготовлялась в России с давних времен. Еще до Петра I русские мастера умели выделывать отличную сталь. В XVIII в. Россия вывозила большое количество металла за границу и, в частности, в Англию. Это и неудивительно, так как русская сталь намного превосходила по своему качеству английскую. Вот что писали в Департамент горных и соляных дел с одного из русских металлургических заводов: «Все сорта сталей, какие доселе известны, с давних времен выделываются на заводах г. Баташева и не только употребляются на свои заводские нужды, но и продаются частным людям и .самой казне. Тульский; оружейный завод не раз заказывал значительные количества, отдавая здешней стали преимущество перед другими».
Мировую известность получает в XIX в. златоустовская высококачественная сталь, идущая на изготовление клинков. Производство стали на Златоустовских заводах (Урал) связано с именем выдающегося русского металлурга Павла Петровича Аносова.
До Аносова производство качественной стали как у нас, так и за границей считалось искусством, которое передавалось из поколения в поколение и было доступно лишь немногим мастерам-сталеварам. Аносов впервые поставил производство качественных сталей на научную основу. Он первый исследовал влияние «присадок» — платины, золота, марганца, хрома и других веществ — на свойства стали; стали, которые он создавал, теперь называются легированными. Для исследования строения стали Аносов впервые в мире применил микроскоп. Мировую славу принес Аносову его труд «О булатах», выпущенный в 1841 г. и ставший классическим.
«Под булатом,— пишет Аносов,— каждый россиянин привык понимать металл более твердый и острый, нежели обыкновенная сталь». Среди булатных сталей славилась на весь мир дамасская сталь. Но с XIV в. тайна изготовления булата считалась утерянной. «Грузинские мастера, — писал Аносов, — уверяют, что искусство приготовлять табан (один из видов булата) потеряно в самой Азии около шестисот лет».
Аносов решил открыть тайну изготовления булата. Исследуя влияние присадок на качество стали, он в 1833 г. изготовил «клинок настоящего булата».
Таким образом, в первой половине XIX в. в России не только изготовляли лучшую вмиресталь, н о и зало ж и л и основы новой науки о металлах, в частности о с т а л и.
Рис. 12. Стальные пушки Обухова выдерживали более 4000 выстрелов
На рисунке изображено клеймо на первой стальной пушке П. М. Обухова, премированной на Всемирной выставке в Лондоне в 1862 г.
Другим замечательным русским металлургом середины XIX в. был Павел Матвеевич Обухов. Он создал в Петербурге знаменитый сталепушечный завод, вошедший в историю под именем Обуховского.
Идя по стопам Аносова, Обухов изучал влияние присадок на качество сталей. В результате работ Обухова из его сталей начали изготовлять кирасы, которые не пробивались пулей с любых дистанций.
Огромное значение имел разработанный Обуховым способ получения крупных однородных стальных отливок. Этот способ позволил ему успешно освоить изготовление стальных пушек. Обуховские стальные пушки выдерживали свыше 4000 выстрелов (рис. 12).
В 1866 г. на Обуховский завод пришел работать Дмитрий Константинович Чернов, с именем которого связаны величайшие открытия в области металлургии и металловедения — науки о строении и свойствах металлов. Чернов по праву считается основоположником современного металловедения, «отцом металлографии», как его называли еще при жизни.
Изучая на Обуховском заводе причины брака орудийных стволов, Чернов открыл, что в нагреваемой стали происходят структурные пре-22
вращения, т. е. изменения ее строения в твердом состоянии, в результате которых изменяются и свойства стали. Он определил соответствующие этим превращениям температурные точки, известные теперь как «точки Чернова». Открытие «точек Чернова» позволило объяснить явления, происходящие при закалке стали, и точно назначать температуру нагрева под закалку в зависимости от состава металла. В основу современной теории и практики термической (тепловой) обработки стали положены открытия Д. К. Чернова. Огромное значение имели также проведенные Черновым исследования явлений, происходящих при кристаллизации остывающей литой стали.
Передовые идеи Д. К- Чернова были встречены некоторыми консервативными «учеными», особенно иностранцами, недружелюбно. Чернова упрекали в излишней смелости мысли, ломающей установившиеся понятия о строении и свойствах стали. На это Чернов отвечал: «Что касается вообще до приводимых мною идей, то я уже получил упреки в том, что слишком смело высказываю свои выводы; но пусть же я покажусь еще смелее и выскажу окончательное заключение из своих наблюдений в следующих словах: вопрос о ковке стали, при движении его вперед, не сойдет с того пути, на который мы его сегодня поставили».
Это было сказано в 1868 г., а через тридцать два года на Всемирной выставке в Париже директор общества французских металлургических заводов заявил: «Считаю своим долгом открыто и публично, перед столькими знатоками и специалистами заявить, что наш завод и все сталелитейное дело своим настоящим развитием и успехами обязано в большой степени работам и исследованиям русского техника г. Чернова, и приглашаю вас выразить ему нашу искреннюю признательность и благодарность от имени всей металлургической промышленности».
Человек с исключительным кругозором, Чернов был не только глубочайшим теоретиком, но и замечательным практиком. Ученый-патриот, он всю свою деятельность посвятил тому, «чтобы Россия перестала нуждаться в привозе десятков миллионов пудов металла, когда она имеет в своих недрах неисчерпаемые минеральные богатства».
ПРОИЗВОДСТВО СТАЛЬНОЙ БРОНИ. МАСТЕР В. С. ПЯТОВ
Работы русских ученых-новаторов Аносова, Обухова, Чернова легли в основу производства стальной брони. Еще в начале второй половины XIX в. Обухов, как мы уже отмечали, занимался изготовлением броневой стали для кирас. С внедрением в военно-морской флот паровой машины броня находит широкое применение в судостроении. При этОхМ по мере развития металловедения и металлургии мягкая железная броня вытесняется более твердой и прочной стальной броней.
Решающим моментом в истории производства брони является переход от ковки к прокатке броневых листов, предложенный и осуществленный мастером Златоустовских заводов на Урале Василием Степа-новичем Пятовым. *
До 60-х годов прошлого столетия корабельная броня всюду за границей ковалась под паровым молотом. В 1856 г. Пятов впервые в мире осуществил прокатку броневых листов между валками на специальном стане. В то время способ Пятова, казалось, выходил за рамки технических возможностей изготовления толстой корабельной брони. В частности, для проката броневых плит толщиной в несколько дюймов требовались прокатные станы с огромным маховиком, диаметром в несколько метров.
Пятов отлил шестиметровый маховик и испытал его при прокатке четы» рехдюймовых стальных плит. Результат испытаний оказался вполне удовлетворительным.
В июне 1859 г. Пятов послал подробное описание своего метода в Морское министерство. С этого момента начались мытарства Пятова, обычные для русских изобретателей при царизме.
Морской ученый комитет рассмотрел предложение Пятова и вынес свое решение: «... что касается предложения г. Пятова, т. е. производить выделку толстого листового железа, именно в 4,5 дюйма толщины, плющильными катками без посредства парового молота, который, как известно, при означенном производстве принят везде за границей, как то: во Франции, Англии и других странах, комитет считает это новизной, не доказанной опытами, и, не имея данных, по которым можно было бы сделать положительное заключение о возможности подобного производства, положил пригласить к участию в этом деле специалистов и через посредство агентов морского ведомства за границей узнать предварительно мнение разных заводчиков».
Это мнение было запрошено. Все признавали, что метод Пятова новый, но трудно осуществимый, главным образом из-за огромных размеров маховика, который необходимо установить на прокатном стане.
Морской комитет решил «оставить дело без последствия».
Пятов обратился к генерал-адмиралу великому князю Николаю Константиновичу, ведавшему тогда постройкой русского военно-морского флота. «Скоро я отправлюсь за границу, — сказал великий князь, — и постараюсь на заводе, где заказана броня для русского флота, проверить выводы, на которые ты указываешь в своей записке».
За границей великий князь беседовал с английским заводчиком Брауном. Браун отнесся к предложению Пятова отрицательно. Однако прошел только год, и на заводе Брауна в Шеффилде стала изготовляться... катаная броня. В Россию она попала уже как «английская новинка», и с 1863 г. на Ижорском заводе начали катать броню по способу Пятова, назвав его способом Брауна.
Так беззастенчиво было украдено одно из выдающихся русских изобретений.
В 1859 г. Пятов предложил способ цементации броневых плит, т. е. насыщения тонкого поверхностного слоя плит углеродом для увеличения его твердости при сохранении вязкости тыльной стороны. Предложенный Пятовым способ в основном совпадает с современными способами цементации брони. Цементированная броня показала хорошие свойства — плита толщиной 260 мм не пробивалась снарядом калибра 210 мм (данные 90-х годов прошлого века). За границей цементацию брони применили лишь через 30 лет после Пятова.
С 1876 г. начали изготовлять броню из высокоуглеродистой стали. По сравнению с мягкой броней ее снарядостойкость была выше примерно на 30%. Однако большое содержание углерода делало броню хрупкой; она растрескивалась при попадании снаряда.
В 1877 г. была изобретена двухслойная углеродистая броня: наружный стальной лист, составляющий примерно одну треть всей толщины брони, опирался на мягкий стальной лист — «подушку». Чугунные снаряды, применявшиеся в то время для обстрела брони, раскалывались, не нанося ей повреждений. Но когда изобрели стальной снаряд, двухслойная броня уже не могла противостоять ему.
С 1891 г. начинают применять никелевую броню, содержащую около 7% никеля. Однородная (однослойная) никелевая броня превосходила по снарядостойкости двухслойную углеродистую броню и не разрушалась при обстреле стальными снарядами.
С конца XIX столетия стальная броня применяется на бронепоездах и бронеавтомобилях. Первая броневая самоходная машина с паровым двигателем была построена и испытана в России в 1899 г.
Во время первой мировой войны производство бронеавтомобилей расширяется. В России бронеавтомобили выпускали Путиловский и Русско-Балтийский заводы.
РАЗВИТИЕ ОГНЕСТРЕЛЬНОГО ОРУЖИЯ
Огнестрельное оружие в виде гладкоствольных пушек, заряжаемых с дула, стали применять в России в конце княжения Дмитрия Донского (во второй половине XIV в.), как об этом повествует Голицынская летопись.
Русские были мастерами производства пороха и пушечного литья. В XVI—XVII вв. искусство «огненного боя» достигло в России высокой степени совершенства. Иностранцы, приезжавшие в Россию, дивились, как далеко она ушла вперед за два века. В XVI в. русский мастер Андрей Чохов (Чехов) отлил знаменитую Царь-пушку, весящую 2400 пудов (38 400 кг), и тем самым продемонстрировал высокое мастерство русских литейщиков.
В конце XVII в. Петр I строит на Урале железоделательные и пушечные заводы, закладывая основу металлургической промышленности России. 15 июня 1697 г. верхотурский воевода получил грамоту от Петра, в которой ему предлагалось «построить и завесть большой железный завод», а «...на тех заводах лить пушки, и гранаты, и всякое ружье». За период с 1702 по 1709 г. только один созданный Петром Каменский завод дал 854 пушки общим весом 3800 пудов (60 800 кг) и к ним ядер свыше 27 000 пудов (432 000 кг).
В середине прошлого столетия, после Крымской войны, во всех армиях вводится нарезное оружие. К франко-прусской войне 1870—1871 гг. появляются нарезные артиллерийские орудия. Нарезной ствол повысил кучность огня и дальность стрельбы орудия примерно в 3—4 раза.
Преимущество нарезного оружия было открыто старыми русскими мастерами, создавшими нарезные пушки почти за три века до их всеобщего признания и распространения.
За границей первой пушкой с нарезным стволом считают пушку, хранящуюся в Гааге (Голландия), в так называемом кабинете принца Морица. Эта пушка отлита в 1676 г. В Артиллерийском историческом музее в Ленинграде имеется русское нарезное орудие более раннего периода, относящееся к самому началу XVII в. Это орудие не только имеет нарезной ствол, но и заряжается с казенной части.
В 1783 г. тульским мастером Цигаем было изготовлено нарезное ружье, принятое на вооружение казачьих войск более чем за полвека до появления нарезных ружей за границей.
Значительным шагом в развитии огнестрельного оружия было созданное в конце XIX в. автоматическое оружие. Предпосылки к его изобретению появились несколько раньше: уже к 80-м годам прошлого столетия цилиндро-коническая продолговатая пуля заменила круглую; были
изобретены унитарный патрон с металлической гильзой, бездымный порох и, что особенно важно, магазинное заряжание. Все это само по себе делало ручное огнестрельное оружие скорострельным. Чтобы сделать его автоматическим, потребовалось немного: силу руки человека, необходимую для открывания и закрывания затвора, заменить силой, создаваемой пороховыми газами. Это было достигнуто в пулемете.
Над развитием автоматического оружия работало много русских изобретателей. В 1889 г. мастер Двоеглазов изготовил образец автоматической винтовки. В 1907 г. Роще пей представил в Артиллерийский комитет оригинальную автоматическую винтовку. В 1906—1907 гг. предлагают свои самозарядные винтовки Федоров и Токарев.
К 1900 г. в русской армии были скомплектованы первые пять пулеметных рот.
После русско-японской войны производство пулеметов было налажено в Туле.
Создавая нарезное, а затем и автоматическое огнестрельное оружие, русские одновременно разрабатывают и теорию этого оружия. В 1865 г. Н. В. М а и е в с к и й пишет книгу «О влиянии вращательного движения снаряда на полет продолговатых снарядов в воздухе», а в 1870 г. выпускает «Курс внешней баллистики». В 1907 г. В. Г. Федоров пишет крупную теоретическую работу «Автоматическое оружие».
Труды Маиевского, впервые разработавшего теорию нарезного оружия, а также работы других русских ученых-артиллеристов имели исключительное значение для развития артиллерийской науки.
Как только появились автомобили, на них начали устанавливать легкое скорострельное оружие. Происходит объединение огневой мощи и подвижности на основе механического двигателя. Вскоре к этим боевым свойствам добавляется новое свойство — бронезащита: создаются первые бронеавтомобили.
Таким образом, в начале XX в. окончательно сложились материально-технические предпосылки для создания танка. В результате плодотворной работы, прежде всего русских ученых, изобретателей и практиков-новаторов, был изобретен и освоен двигатель внутреннего сгорания, устанавливаемый на автомобилях, тракторах, кораблях и самолетах; создан гусеничный движитель сельскохозяйственных тракторов. Броню стали применять не только на военных кораблях, но и на сухопутных броненосцах — бронеавтомобилях. Огнестрельное оружие получило дальнейшее развитие как оружие автоматическое. Осталось только соединить в одной машине подвижность, присущую автомобилям, с проходимостью гусеничных тракторов, защитить машину броней и вооружить пулеметами и пушками. Это было сделано в самом начале первой мировой войны.
К началу этой войны царская Россия была экономически отсталой и зависимой страной. «Необходимо иметь в виду, что перед 1914 годом важнейшие отрасли промышленности России находились в руках иностранного капитала, главным образом французского, английского и бельгийского, то-есть стран Антанты. Важнейшие металлургические заводы России находились в руках французских капиталистов. В целом металлургия почти на три четверти (на 72 процента) зависела от иностранного капитала. В каменноугольной промышленности — в Донбассе — была такая же картина. Около половины нефтяной добычи находилось в руках англо-французского капитала. Значительная часть прибылей русской промышленности шла в заграничные, по преимуществу — в англо-французские, банки. Все эти обстоятельства плюс миллиардные займы, заключенные царем во Франции и Англии, приковали царизм
к англо-французскому империализму, превратили Россию в данницу этих стран, в их полуколонию» \
В результате Россия имела слабо развитую сеть железнодорожных и водных путей, хотя русский народ изобрел первую паровую машину и пустил по Неве и Волге первые теплоходы; она не имела автомобилей и самолетов собственного производства, хотя русские изобретатели создали первый в мире мощный бензиновый двигатель и самолет; во время войны ей не хватало пулеметов и пушек, патронов и снарядов, хотя русские издавна были лучшими артиллеристами и не раз учили Европу мудрости «огненного боя».
Зависимость царской России от иностранного капитала была одной из важнейших причин рабского преклонения господствующих классов перед заграницей.
Экономической отсталостью России, косностью и низкопоклонством правящих классов объясняется, в частности, и то, что хотя танк, как мы увидим ниже, был изобретен и построен в России, на фронтах первой мировой войны он не появился в русской армии. Изобретение танка постигла та же участь, что и многие другие замечательные русские изобретения при царизме.
1 История Всесоюзной Коммунистической партии (большевиков), Государственное издательство политической литературы, 1945 г., стр. 156.
ГЛАВА ВТОРАЯ
ИЗОБРЕТЕНИЕ ТАНКА И ЕГО РАЗВИТИЕ
История военного искусства показывает, что только наступление может привести к разгрому, окружению и уничтожению врага» Однако развитие военной техники к началу XX в. создало своеобразную обстановку, при которой существенные тактические преимущества часто оказывались на стороне обороняющегося.
Быстрое совершенствование артиллерии заставляло войска «закапываться в землю», а наличие развитой полосы инженерных сооружений, в свою очередь, резко снижало действительность артиллерийского огня наступающего.
Еще более действенным средством, способным парализовать наступательный порыв атакующих, явились пулеметы. Удачно выбранная и хорошо подготовленная к обороне местность почти всегда позволяла лишить наступающего скрытых подступов и губительным пулеметным огнем «прижать» его к земле.
Попытки прорвать оборону в большинстве случаев терпели неудачу, несмотря на то, что применялись большие массы артиллерии, расходовались колоссальные количества снарядов и артиллерийская подготовка часто продолжалась по нескольку дней. Объясняется это тем, что артиллерия не могла справиться со всеми задачами подготовки наступления и непрерывной поддержки пехоты.
Обороняющийся, предупрежденный длительной артиллерийской подготовкой, своевременно подтягивал резервы из глубины обороны, чтобы задержать наступающую пехоту, вклинившуюся в оборону.
Наступающий не имел в своем распоряжении таких подвижных и надежно защищенный огневых средств, которые могли бы следовать в боевых порядках пехоты, подавлять огневые точки противника и поддерживать пехоту при наступлении до полного прорыва обороны.
Столь значительные преимущества обороны вполне отчетливо выявились только с началом первой мировой войны. Но уже русско-японская война 1904—1905 гг., когда пулемет впервые стал сравнительно массовым и действенным оружием, позволила сделать поучительные выводы. Возникла необходимость создать новое оружие наступления, способное преодолеть возросшую мощь обороны.
Заслуга создания нового оружия — танка — принадлежит русским изобретателям.
ИЗОБРЕТЕНИЕ ТАНКА
ПРОЕКТ ТЯЖЕЛОГО ТАНКА В. Д. МЕНДЕЛЕЕВА
Замечательный проект гусеничной бронированной и вооруженной машины, впоследствии названной танком, был разработан сыном вели-
кого русского ученого инженером В а с и-лиемДмитриевичем Менделеевым. Талантливый русский инженер В. Д. Менделеев еще до первой мировой войны спроектировал сверхтяжелый танк весом 170 т, вооруженный 120-мм морской пушкой и имеющий броню 100—150 мм (рис. 13—16).
В проекте Менделеева много оригинальных и смелых для того времени технических идей.
Особый интерес представляет предложенная Менделеевым, пневматическая подвеска. В цилиндры, закрепленные на корпусе танка и закрытые поршнями, связанными с осями опорных катков, от специального компрессора нагнетается воздух. Между опорными катками
Автор проекта сверхтяжелого танка В. Д. Менделеев
и корпусом танка создается, таким образом, воздушная подушка, на которой и покоится корпус. Воздух в подвеске играет такую
же роль, как в шинах обычного автомобиля:
он смягчает удары, вос-
принимаемые гусеницами при движении танка, и не передает их на корпус.
Для стрельбы из пушки танк останавливается, воздух из подвески выпускается и корпус садится днищем на грунт (см. рис. 16). Благодаря этому создается устойчивая огневая платформа, а ходовая часть танка разгружается, причем броня корпуса защищает ее от огня противника.
Только спустя двадцать семь лет, в 1942 г., этот принцип выключения подвески при стрельбе был практически использован на тяжелом самоходном орудии, а пневматическая подвеска была применена на легких (авиадесантных) танках второй мировой войны.
Рис. 13. Проект первого в мире сверхтяжелого танка В. Д. Менделеева
(рисунок выполнен по чертежам изобретателя)
Рис. 14. Продольный разрез танка В. Д. Менделеева
Рис. 15. Вид сверху на внутреннее устройство танка В. Д. Менделеева
Рис. 16. Танк В. Д. Менделеева. При стрельбе из пушки корпус танка опускается днищем на грунт
В проекте Менделеева было предусмотрено пневматическое управление механизмами трансмиссии, которое было осуществлено на танках лишь через двадцать лет.
Менделеев использовал сжатый воздух также для механизированной подачи снарядов, сконструировав с этой целью специальные пневматические подъемники.
Учитывая большой вес машины и отсутствие подвижного железнодорожного состава достаточной грузоподъемности для ее перевозки, Менделеев приспособил машину к движению своим ходом по железным дорогам подобно тому, как двигаются современные мотодрезины.
В 1918 г., создавая сверхтяжелый танк «Колоссаль», немцы сделали его разборным на двадцать две части с целью обеспечить удобство его перевозки. Машину должны были собирать только на фронте. По сравнению с предложением Менделеева это решение было примитивным, технически грубым и практически совершенно неудовлетворительным.
«Приспособленность машины перемещаться вдоль железнодорожного пути,— писал Менделеев,— существенно необходима для нее потому, что если имеющиеся понтонные и шоссейные мосты не выдерживают ее веса, то остаются еще железнодорожные мосты, которые ее вес вполне выдерживают и габарит которых больше габаритов машины».
Проект Менделеева вызывает и сейчас восхищение своими смелыми, оригинальными конструктивными решениями. Вполне реальным и обоснованным проектом Менделеева русская конструкторская мысль может гордиться как одним из своих крупных достижений.
РУССКИЙ «ВЕЗДЕХОД» — ПЕРВЫЙ В МИРЕ ТАНК
Первый в мире танк был построен в России по другому русскому проекту, работа над которым началась в августе 1914 г. Проект был представлен главному начальнику инженерных снабжений армий Северо-Западного фронта в декабре 1914 г. Изобретатели назвали свою гусеничную машину, которую предполагалось вооружить двумя пулеметами, помещенными во вращающейся башне, «Вездеход», подчеркнув тем самым ее высокую проходимость. В мае 1915 г. «Вездеход» успешно прошел испытания.
«Вездеход» (рис. 17, 18) состоял из сварной рамы, на которой на шарикоподшипниках были установлены четыре пустотелых барабана. На внешней поверхности барабанов было сделано по три кольцевых желобка, в которые входили направляющие выступы гусеничной ленты.
В передней части рамы имелось натяжное приспособление, позволявшее перемещать ось переднего барабана, установленную в двух прорезях рамы. Положение оси фиксировалось двумя винтами. Аналогичное устройство для натяжения верхней ветви гусеницы имел дополнительный натяжной барабан. При помощи обоих натяжных приспособлений регулировалось натяжение гусеничной ленты.
«Вездеход» был одногусеничным. Поворот его осуществлялся при помощи двух управляемых рулевых колес, установленных по обе стороны машины. Посредством поворотных вилок и тяг рулевые колеса связывались со штурвалом.
В кормовой части машины помещался бензиновый двигатель. Он приводил ведущий барабан во вращение через коробку передач и карданный вал.
Как видно из схемы, опорная ветвь гусеницы в носовой части машины была несколько приподнята над грунтом, а в кормовой части, под ведущим барабаном, опиралась на грунт. На хороших твердых дорогах машина спереди опиралась на рулевые колеса, сзади — на часть гусеницы, лежащей под ведущим барабаном. При движении по мягкому грунту рулевые колеса погружались в грунт и вся опорная поверхность гусеницы приходила в соприкосновение с грунтом.
Рис. 17. Русский „Вездеход* — первый в мире танк (общий вид)
Таким образом, при движении по дорогам машина практически была колесной, а при движении по местности, по мягким грунтам — гусеничной.
Рис. 18. Русский „Вездеход* (продольный разрез)
Проект пошел в Ставку Верховного Главнокомандующего. Здесь нашли, что «сие изобретение внушает доверие». Отношением от 21 декабря 1914 г. за № 6686 начальнику инженерных снабжений армий Северо-Западного фронта было поручено построить боевую машину.
В Риге, в опустевших после ухода войск на фронт казармах Нижегородского полка, были наскоро созданы мастерские. Закипела работа над первым в мире танком. Так как больше всего сомнений вызывал движитель, ранее нигде не строившийся, решено было начать постройку и испытания машины именно с него. Чтобы не задерживать испытание движителя, корпус первого опытного образца вездехода был сделан из дерева, и, естественно, он не имел ни башни, ни вооружения.
Одновременно со сборкой опытного образца начали изготовлять броневой корпус. Броня состояла из цементированных и закаленных тонких стальных листов, между которыми ставились специальные мягкие прокладки для смягчения ударов пуль. Вначале испытывали отдельные листы брони, потом сделали броневую коробку (корпус), поставили ее на шасси легкового автомобиля, подвергли испытанию на непробиваемость пулями и на общую жесткость.
Постройка опытного образца «Вездехода» была начата в первой половине февраля 1915 г. и закончена 15 мая 1915 г., т. е. за короткий срок — менее трех с половиной месяцев.
На первом предварительном испытании 18 мая 1915 г. выяснилось, что при движении машины соскакивает гусеничная лента.
В результате месячной работы окончательно выяснились причины спадания гусеницы, и для устранения этого недостатка на барабанах были сделаны направляющие желобки. До того барабаны и гусеницы были гладкие.
С 20 июня 1915 г. «Вездеход» вновь проходил испытания, теперь уже в присутствии официальной комиссии. На плацу полкового двора были выкопаны окопы, глубокие ямы, созданы крутые спуски и т. д. Первый заезд показал, что «Вездеход» обладает хорошей маневренностью: он легко делает крутые повороты («восьмерки») и очень быстро набирает скорость. Результаты испытаний комиссии зафиксированы в акте за № 4563.
«...Оказалось, что означенный «Вездеход» легко идет по довольно глубокому песку со скоростью около двадцати пяти верст в час; в дальнейшем «Вездеход» перешёл на среднем ходу канаву с пологими (около 40 градусов) откосами, шириной по верху 3 метра и глубиной около 3/4 метра. Все значительные выбоины и значительные неровности поверхности «полкового двора», где производились испытания, «Вездеход» брал легко, на полном ходу. Поворотливость вполне удовлетворительная; в общем «Вездеход» прошел по грунту и местности, непроходимым для обыкновенных автомобилей» х.
29 декабря 1915 г. при испытании зимой в Петрограде «Вездеход» развил большую скорость (примерно 40 верст в час). Поворотливость его оказалась отличной.
При испытаниях на скорость в опытный «Вездеход» укладывали балластные мешки, чтобы он весил столько же, сколько с броневым корпусом. В дальнейшем предполагалось приспособить «Вездеход» к плаванию.
Нельзя не отметить, что в «Вездеходе» были предусмотрены все элементы современного танка: броневой корпус, вооружение, расположенное во вращающейся башне (чего не было в первых танках, построенных за границей), двигатель внутреннего сгорания и гусеничный движитель.
1 Редакционная статья «Родина танка — Россия» в газете «Известия ВЦИК» № 205 (1644) от 13 сентября 1922 г.
Интересной особенностью «Вездехода» была широкая гусеница, проходившая почти по всей ширине машины. Такая гусеница обеспечивала небольшое удельное давление на грунт, хорошую проходимость и исключала возможность посадки машины днищем на препятствие. Этим качеством не обладают современные двухгусеничные машины. Известно, что англичане к концу первой мировой войны разработали проект тяжелого танка с двумя дополнительными гусеницами под днищем. Такой движитель с четырьмя гусеницами вместо одной, как на «Вездеходе», был, однако, слишком сложным и не получил применения.
Высокая скорость и отличная проходимость «Вездехода» намного превосходили соответствующие боевые свойства первых танков, построенных значительно позже за границей. Казалось, что многообещающие результаты его испытаний должны были привлечь внимание военных кругов к новому замечательному изобретению. Но получилось не так. Военные власти не нашли денег на продолжение работ. Из 18 000 рублей, затраченных на создание опытного образца «Вездехода», казна израсходовала лишь 9660 рублей, остальные деньги изобретателям пришлось изыскать самим. Дальнейшие работы были прекращены. Как указывает уже упоминавшаяся редакционная статья «Известий», проект русского танка «был переслан в Англию, а в России дело заглохло».
В сентябре 1916 г. стало известно, что во Франции, на реке Сомме, англичане применили против немцев новое военное изобретение — боевые гусеничные машины, названные ими танками. Изобретение танка англичане приписывали себе. Действительные изобретатели первого в мире танка — русского «Вездехода» — через печать заявили протест по поводу необоснованных притязаний англичан на первенство в создании нового оружия. С горечью рассказывали они, как трудно в царской России работать изобретателям, с каким трудом приходится пробиваться сквозь стену равнодушия и косности, воздвигаемую бездушными и продажными царскими чиновниками.
На все эти заявления военное ведомство России не реагировало. Оно молчало и тогда, когда англичане официально заявили о своем приоритете на изобретение танка. Ни одним словом не напомнило царское правительство мировому общественному мнению об истинных создателях танка. Только после Великой Октябрьской революции стала известна действительная история этого изобретения и было доказано первенство русского народа в создании танка.
ПРОЕКТ «БРОНЕНОСНОГО ТРАКТОРА»
В журнале Технического комитета Главного военно-технического управления имеется следующая запись за № 267, датированная 6 апреля 1915 г.: «Дежурный генерал при Верховном Главнокомандующем при надписи от 27 февраля 1915 года за № 2538 препроводил в Главное военно-техническое управление прошение... В. А. Казанского с несколькими предложениями, в числе коих заключалось описание «броненосного трактора». В. А. Казанский предложил забронировать и вооружить трехколесный трактор. Он писал: «Скорость таких тракторов может быть доведена до 15—20 верст в час, хотя это и не имеет большого значения, так как эти сухопутные броненосцы предназначаются для прорыва фронта и вслед за ними непосредственно должна следовать пехота».
Казанский намеревался поставить на свой трактор такую броню, чтобы она не пробивалась снарядами полевой артиллерии.
КОЛЕСНЫЙ ТАНК Н. Н. ЛЕБЕДЕНКО
В 1915 г. в России была построена гигантская колесная боевая ма-
шина, которую предполагалось использовать для прорыва германского фронта. Замысел создания такой машины принадлежал начальнику секретной лаборатории Военного министерства Н. Н. Лебеденко.
Вот что рассказывает о постройке этой машины ее главный конструктор, ныне известный конструктор советских авиационных моторов Александр Александрович Микулин.
Однажды Микулина пригласил к себе Лебеденко и сказал: «Мне рекомендовал вас профессор Николай Егорович Жуковский как способного конструктора. Согласны ли вы разработать чертежи изобретенной мной машины? При помощи таких машин в одну ночь будет совершен прорыв всего германского фронта, и Россия выиграет войну...»
После того как Микулин дал согласие, Лебеденко разъяснил ему свою идею. «Представляете ли вы себе колеса диаметром десять метров? — спросил Лебеденко, — так вот, мы будем строить машину вроде трехколесного велосипеда с двумя большими, десятиметровыми колесами впереди. При сравнении с экипажем окажется, что если он может переехать через яму в 20 сантиметров, то колесо, имеющее в диаметре десять метров, может перекатиться через любой окоп, а небольшой дом будет раздавлен такими колесами и машиной весом около 60 тонн...»
В разработке проекта высококолесного танка приняли участие знаменитый русский ученый Н. Е. Жуковский, А. А. Микулин и ныне член-корреспондент Академии Наук СССР профессор Б. С. Стечкин. Жуковский вел расчет огромных колес, а весь остальной расчет сделал профессор Стечкин.
На рис. 19 приведена принципиальная схема танка Лебеденко (одна половина). От двигателя мощностью 200 л. с. вращение передавалось на два автомобильных колеса, прижатых к ведущему колесу машины. Благодаря трению автомобильные колеса приводили во вращение ведущее колесо.
Постройка машины велась в глубокой тайне, работы производились сперва на площадке манежа в Хамовниках в Москве, а затем на поляне в дремучем лесу близ города Дмитрова (рис. 20).
Машина была построена и подверглась испытанию. При испытании она двинулась вперед, свалила стоявшее перед ней огромное дерево и завязла задним катком в грунте.
Рис. 19. Принципиальная схема русского высдкоколесного танка Лебеденко
Рис. 20. Гигантский колесный танк, построенный в России в 1915 г.
Требовалось увеличить диаметр заднего катка, чтобы уменьшить удельное давление на грунт, но техническая комиссия, наблюдавшая за постройкой машины, денег на продолжение работ не отпустила. Машина осталась стоять в лесу. В 1923 г. она была сдана на слом.
Позже А. А. Микулин писал, что он разочаровался в больших колесах, поняв, какие преимущества имеют гусеницы. Любопытно отметить, что спустя некоторое время после появления описанного русского танка в Англии был представлен проект «сухопутного крейсера» — высококолесной бронированной машины, которая так же, как и машина Лебеденко, предназначалась для прорыва германского фронта. По замыслу изобретателя «сухопутный крейсер» должен был представлять гигантскую трехколесную машину длиной 30 м, шириной 24 м и высотой 14 м, т. е. примерно с четырехэтажный дом. Диаметр колес равнялся 12 м. В каждой из трех башен «крейсера», защищенных 75-мм броней, предполагалось разместить по две четырехдюймовые пушки. Расчет показал, что вес «крейсера» будет около 1000 т, а скорость не выше 3 км/час. Вследствие явной несуразности этого проекта его даже и не пытались осуществить.
Однако идея создания колесных танков не была оставлена. В 1918 г. в США был построен опытный колесный танк, ходовая часть которого воспроизводила колесный ход машины Лебеденко в меньших размерах. Вплоть до 1931 г. высококолесные танки строились в Италии.
ТАНКИ ПЕРВОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ
Царская Россия в первую мировую войну не организовала производство танков, хотя изобретение танка и принадлежало русским. Как указывалось ранее, проект первого в мире русского танка «Вездеход» был переслан царским правительством в Англию.
Английское правительство решило организовать производство танков. Первый опытный английский танк был построен только в феврале 1916 г. (рис. 21). По типу этого танка в 1916 г. выпускались танки марки I, которые в дальнейшем и поступили на вооружение английской армии.
Что же представлял собой первый английский танк?
По внешнему виду это была бронированная коробка ромбовидной формы с обведенными по ее контуру двумя металлическими гусеницами. Ромбовидная форма обвода гусениц облегчала преодоление танком препятствий, встречающихся на его пути (эскарпов, вертикальных стенок и т. д.). Танки имели на вооружении несколько пулеметов и две 57-мм пушки,
Рис. 21. Первый опытный английский танк, по образцу которого строились английские танки первой мировой войны (1916 г.)
размещенные в боковых полубашнях (спонсонах). Они имели слабую броню толщиной 5—10 мм, которая не предохра-
няла экипаж даже от бронебойных пуль. Управление танком требовало большой слаженности в работе членов экипажа и значительных физических усилий.
На танке было три коробки передач: одна главная (ею управлял механик-водитель) и две бортовые (ими управляли два помощника механика-водителя). Главная коробка передач служила для изменения скорости прямолинейного движения танка, бортовые — для по
ворота.
Плавный поворот танка по дуге большого радиуса (более 50 м) осуществлялся при помощи рулевых колес, как в русском «Вездеходе». Рулевые колеса поворачивались при помощи накручиваемых на барабан тросов. Так как рулевые колеса были прижаты к земле сильными пружинами, для поворота требовалось очень большое усилие. Тормозами танка управлял при помощи педалей командир танка.
Таким образом, танком управляли одновременно четыре человека:
механик-водитель, два его помощника и командир танка.
Сильный шум внутри танка от работающего двигателя и стрельбы затруднял согласованное управление танком и утомлял членов экипажа.
Танк не вентилировался. Отработавшие газы, прорывавшиеся из двигателя, и пороховой дым вызывали частые обмороки и отравление даже у крепких людей, работавших в танках.
Корпус танка не был подрессорен. Поэтому, несмотря на малую скорость движения, людей трясло, бросало из стороны в сторону. Средства наблюдения были неудовлетворительны. Через открытые щели, служившие для наблюдения, в танк проникали брызги свинца от пуль при обстреле танка, вследствие чего до 80% ранений у танкистов были глазные. Внешней связи не было. Правда, экипажи брали с собой почтовых голубей. Но оглушенные и полузадохнувшиеся голуби были плохими связными: выпущенные, на волю, они нередко тут же падали, не имея сил подняться в воздух. Скорость танков вне дорог составляла 1—3 км/час, т. е. была меньше скорости пешехода.
Таким образом, первые английские танки были далеко не совершенны даже по тому времени. Их технические недостатки обнаружились в первом же бою, в котором танкам пришлось принять участие 15 сентября 1916 г. во Франции на реке Сомме. Из 49 танков, которыми располагали англичане, на исходные позиции пришли 32. Остальные застряли в грязи или остановились из-за поломок механизмов. Из 32 танков, вышедших в атаку, только 18 участвовали в бою: 5 застряли в болоте, у 9 испортились механизмы.
Однако, несмотря на малое количество танков, на их техническое не-'совершенство, труднопроходимую, изрытую воронками местность и плохое взаимодействие с пехотой, англичане продвинулись в бою на реке Сомме на 5 км по фронту и 5 км в глубину; при этом потери в живой силе были в 20 раз меньше обычных.
Несмотря на тактический успех, танки не оправдали возлагавшихся на них надежд: фронт не был прорван. Немцы позже писали, что если бы англичане имели на Сомме тысячу танков, они прорвали бы фронт, и признавались, что невиданная машина в то время наводила панический страх на немецкую армию.
Успех танков мог быть гораздо более серьезным, если бы для их применения была выбрана танкодоступная местность. Болота, дожди и грязь почти полностью исключали возможность применения танков на Сомме.
Несмотря на серьезные недостатки первого английского танка (марка I), англичане не отказались от этой неудачной конструкции. За весь период войны они внесли в конструкцию лишь отдельные улучшения. Так, в одном из боев у танка отбило снарядом рулевые колеса, но машина сохранила управляемость при помощи тормозов на полуосях дифференциала. Это натолкнуло конструкторов на мысль отказаться от рулевых колес; правда, в результате несколько ухудшилась проходимость танка через окопы вследствие уменьшения его упростилось управление.
Изменения, довольно незначительные, коснулись танка: на двигатель поставили глушитель, благодаря шился шум и прекратилось выбрасывание пламени через выпускные трубы; увеличили толщину брони до 12 мм, а затем и до 15 мм\ на танке марки V простой дифференциал заменили более совершенным механизмом — одноступенчатым планетарным механизмом
Была незначительно увеличена скорость танков: с 6 км/час танка марки I до 7,5 км/час танка марки V. Танки попрежнему предназначались только для сопровождения пехоты.
В 1917 г. англичане построили «скоростной» танк Уипетт, что означает «Борзая» (рис. 22). Этот танк весил 14 т, был вооружен тремя пулеметами и развивал максимальную скорость 13,5 км/час. Толщина брони танка составляла 14 мм. Корпус имел новую форму. Задняя часть корпуса была сделана в виде многогранной неподвижной башни, в которой и располагалось вооружение (пулеметы). На танке были установлены два двигателя, каждый из которых через свою коробку передач приводил в движение одну из гусениц. ~
длины, но зато
и других частей которому умень-
поворота.
1917 г.
Рис. 22. Английский „скоростной* танк Уипетт („Борзая*):
вес — 14 т; вооружение — 3 пулемета; наибольшая скорость—13,5 км/час; бортовая броня-14 мм; экипаж — 3 человека
Поворот танка осуществлялся либо путем изменения числа оборотов одного из двигателей, либо путем изменения передачи одной из тем и другим временно.
Несмотря максимальной веска танка осталась жесткой (хотя к этому времени уже появились во Франции танки с мягкой подвеской). Поэтому скорость танка вне дорог была попрежнему исключительно низкой.
коробок, или и способом одно-
на увеличение скорости, под-
Во Франции начали строить танки еще позже, чем в Англии. Первые два французских танка известны под названиями «Шнейдер» (рис. 23) и «Сен-Шамон» (рис. 24).
Французские танки были несколько лучше английских как по конструкции, так и по боевым показателям. Они имели более мощное пушечное вооружение и более
Рис. 23. Французский танк „Шнейдер* (1916 г.): вес — 13,5 т; вооружение — одна 75-мм пушка и два пулемета; наибольшая скорость — 8 км/час; бортовая броня — 11 мм; экипаж — 6 человек
толстую броню при той же примерно скорости, что и английские танки. Подвеска была рессорная, танком управлял один человек. По внешней форме французские танки также резко отличались
от английских: не было внешнего обвода
гусениц, вследствие чего ходовая часть французских танков была менее уязвима. Французские танки, как и английские, не имели вращающейся башни, их вооружение размещалось в корпусе.
Французские танки были впервые применены в боях только в 1917 г.
В 1916 г. французы, сравнивая свои и английские танки, пришли к выводу, что требуется танк еще одного типа — легкий. Такой танк имел бы ряд преимуществ по сравнению с уже существующими танками. Он должен был стать действительно танком сопровождения пехоты, так как ни английские, ни французские тяжелые танки этому требованию полностью не удовлетворяли. Малогабаритный легкий танк мог без труда укрыться за складками местности. Для увеличения оперативной подвижности легкие танки можно было перебрасывать на грузовиках. Наконец, легче было наладить массовое производство таких танков. Предпола-
галось, что французская промышленность того времени сможет выпускать до 1000 легких танков в месяц, что позволило бы в кратчайший
срок оснастить ими армию.
Однако новый легкий танк «Рено» (рис. 25) поступил на вооружение
французской армии лишь к концу войны, в
толщине брони 16 мм, имел скорость до 9 км/час и был вооружен одной 37-жл! пушкой или одним пулеметом.
В танке «Рено» вооружение размещалось во вращающейся башне. Это увеличивало маневренность огня, что позволяло сократить количество единиц вооружения сравнительно с безбашенными танками.
1918 г. Он весил 6,5 т при
Рис. 24. Французский танк „Сен-Шамон“ (1916 г.}: в£с — 24 т; вооружение — одна 75-мм пушка и четыре пулемета; наибольшая скорость — 8 км/час; бортовая броня — И мм; экипаж — 9 человек
Как и в русском «Вездеходе», а затем и в ромбовидных английских танках, передняя часть гусениц танка «Рено» была приподнята над
Рис. 25. Легкий французский танк „Рено“ (1918 г.): вес — 6,5 т; вооружение — одна 37-мм пушка или один пулемет; наибольшая скорость — 9 км/час; броня — 16 мм; экипаж — 2 чело-
грунтом для увеличения проходимости через отвесные препятствия (эскарпы, вертикальные стенки, стенки окопов и т. д.). Гусеничный обвод к этому времени в основном приобрел свою современную форму.
Танк «Рено» имел рессорную подвеску, причем опорные катки были связаны
века
между собой короткими рычагами (балансирами), благодаря чему уменьшались колебания корпуса танка при
движении по неровностям. Балансирная подвеска позже широко применялась в танках. Лишь во вторую мировую войну она была
вытеснена независимой подвеской, разработанной советскими танко-
строителями, в которой опорные катки не связаны непосредственно друг
с другом.
Для увеличения проходимости через препятствия танк «Рено» был несколько удлинен за счет «хвоста» — специальной металлической конструкции, прикрепленной к задней части корпуса танка. «Хвосты» применялись и позже на французских и других иностранных танках. Лишь при дальнейшем развитии танков от «хвостов» отказались окон-
чательно.
Кроме легких танков «Рено», в 1917 г. французы начали строить тяжелые танки марки I-A весом 50 т, с броней 35 мм. Эти танки явились прототипом тяжелых французских танков марки 1С, 2С и ЗС, о которых будет сказано ниже.
Еще до того, как английские танки появились на Сомме, немецкая
разведка знала, что англичане строят какие-то новые военные машины. Однако назначение этих машин оставалось неясным.
В одном из первых танковых сражений, может быть даже на Сомме,
танк марки I попал в руки немцев. Кроме того, по-зднее во Франции немцы захватывали много подбитых английских танков. Уже в ноябре
1916 г., т. е. вскоре после сражения на Сомме, немцы приступили к про-
ектированию своего первого танка. В мае
Рис. 26. Немецкий танк (1918 г.):
вес — 33 т; вооружение — одна 57-мм пушка и шесть пулеметов; наибольшая скорость — 13 км/час; броня —15—30 мм; экипаж—7 человек
1917 г. этот танк демонстрировался в Майнце в ставке верховного главнокомандующего. Немецким генералам танк не понравился. Они требовали создать более мощный танк, который превосходил бы танки англичан.
В 1918 г. немцами был построен новый танк (рис. 26). Это был тяжелый танк весом 33 т, имевший максимальную скорость км/час, броню 15—30 мм и установленное в корпусе танка вооружение -— пушку и шесть пулеметов.
Рис. 27. Немецкий сверхтяжелый танк „Колоссаль'4. Построен в 1918 г. в двух экземплярах. В боях не участвовал:
вес — 150 т; вооружение — четыре 77-мм пушки и шесть пулеметов; наибольшая скорость — 8 км/час; бортовая броня — 30 мм; экипаж —
7 человек
Танк был сплошь забронирован, были закрыты броней и гусеницы '(немцы учли поражаемость открытых гусениц английских танков), однако бронирование ходовой части значительно ухудшило проходимость танка.
Одновременно с этим танком был построен другой тяжелый танк весом 44 т, полностью копирующий английские танки по внешним очертаниям, гусеничному обводу и расположению вооружения в корпусе.
Этот танк также не удовлетворял немецких генералов. Они предложили построить «сверхтанк». В 1918 г., к концу войны, был спроектирован и построен танк «Колоссаль» весом 150 т (рис. 27).
Несмотря на огромные размеры и вес, танк имел броню толщиной лишь 30 мм, легко, пробиваемую снарядами полевой артиллерии. Вооружение танка составляли четыре 77-мм пушки и шесть пулеметов. По скорости он почти не отличался от тихоходных английских танков.
Немецкий «сверхтанк» 1918 г. при столь низких показателях не мог, конечно, иметь никакого тактического и тем более оперативного значения, а производство таких танков было не под силу истощенной четырехлетней войной германской промышленности. Было построено всего два танка «Колоссаль», но и те не успели принять участия в войне и в конце войны были взорваны самими немцами.
Заметим, что создавать сверхтяжелые танки пытались неоднократно и в других странах. Во Франции вскоре после первой мировой войны разрабатывался проект 600-тонного танка, в Италии проектировался танк-крепость весом 7000 т. Но техническая и тактическая бессмысленность подобных «танков» была настолько очевидной, что дальше проектов дело не шло.
Соединенные Штаты Америки начали строить танки лишь в 1917 г. на базе уже применявшихся в войне английских и французских танков. Американцы, используя лишь свой двигатель, строили совместно с англи
чанами танки марки V. Из Франции в США завезли и приняли к производству танк «Рено».
В 1918 г. фирмы Холт и Дженераль-Электрик выпустили опытны?! танк собственной конструкции; строил опытный танк и Форд.
В конструкции американских танков не было ничего оригинального: танк «Дженераль-Электрик» представлял собой забронированный гусеничный трактор, а в танке Форда обнаруживались все основные черты легкого французского танка «Рено». Как и впоследствии, во вторую мировую войну, американцы не сумели найти собственный путь в создании танков.
МЕЖДУ ДВУМЯ ВОЙНАМИ
ЗАРОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СОВЕТСКОЙ ТАНКОВОЙ ТЕХНИКИ
СОВЕТСКИЕ ТАНКИ В ПЕРИОД ГРАЖДАНСКОЙ ВОЙНЫ
Коммунистическая партия и Советское правительство с первых дней существования Советской Армии придавали огромное значение бронетанковой технике. Уже в 1919 г. Совет военной промышленности по указанию Владимира Ильича Ленина принял решение начать постройку первых советских танков.
Изготовление танков в тяжелых условиях гражданской войны было сопряжено с большими трудностями. Один завод не мог целиком изготовить такую сложную машину. Поэтому заказ на изготовление танков был распределен между тремя заводами: броня делалась на Ижорском заводе в Петрограде, двигатель — на заводе АМО (ныне Автомобильный завод имени Сталина), изготовление остальных механизмов и сборка танков были поручены Сормовскому машиностроительному заводу. К работе были привлечены старые сормовичи — высококвалифицированные кадровые рабочие.
1 - — "" — II— | Секретное.
даиой проит» Зрздычашо СОВЕТА ОБОРОР Мовква, Покрове*ир й Москва, / Декабря 1920 г. Председателю Совета Народных /Комиссаров Товарищу ЛЕНИНУ. Совет Военной Промышленности направляет Вам к сведению краткую справку о постройке первого танка русского производства. Все работы произведены собственными средствами русскими рабочими и техника-МЖ. Тря таких тацка /2с пулеметами, I с пущкоя/ составляет боевую единицу и к весне' таки* бо’евыл единиц должно быть выпущено 5 /или 15 танков/.
Рис. 28. Рапорт Совета военной промышленности В. И. Ленину о постройке первого советского танка (1920 г.)
КРАТКАЯ СПРАВКА ОБ ИЗГОТОВЛЕНИИ ПЕРВОГО ГАНКА В РОССИИ
А.И.----
Лоток 1919 г. на Юге захвачена у Селах 2 малых танка с. РЕНО-.один хз них доставлен в Сормово для ремонта.
Осень» У919р. принято С.В.Л. решение изготовить 15 шт. танков по образцу захваченного с распределением paOof по эзадаи.
Ижорскому - броня
Ахо - дета те ль
Сорграюду • шасси -ъ
ФАКТИЧЕСКИЕ СРОКИ:
Чертежи флсси разработаны СорммводОн.а двигателя эав.АМО к 1 якв.1920г Производственные работы начаты в Феврале 1920г.
Бро?& доставлена в Сортов в Июне 4
Двигатели • • в Мю4В 1
Сборка первого пробного танка эаюсчена в Августе 1920г.
Дре ле первого предварительного испытания обнаружено много недочетов конструкции и производства, на устранение ио их потребовалось С месяца Сентябрь и Октябрь Нспнтаиие по полной программе С.В.П. произведено в Ноябре..
Сдача, первого танка назначена 15-го Декабря.
Вндуск по 4 шт. в м-ц в дальнейшем с окончанием заказа в марте с/г.
Таким образом весь период строительства 15-ти танков исчисляется
с Октября 1919г. по Март 1920 г., из них оодготовтельные работы ............................. 5 нес.
др охэ оде тв ей ные • .............10 1
испытание и переделки..........* 3 •
ИТОГ 0..." .... Хбиес.
В результате испытаний.произведенных Технич.Частью С.В.П. с 13-го до 21-ое Ново ре .выяснилось.что танк выполнил всю программу испытаний и ныне представляет надежную боевую единицу.
ХАРАШ РИ СГИКА ТАНКА:
Вес в боевом порядке...............7 тонн.
Размеры, з итр.:а/ длина с хвостом....4 I - 5 мтр
о/ ширина ..........1.75 ~ "
в/ высота...........< 2,25
Двигатель 4/ц. ЮО х 140 ............. 34 HP
Скорость.......................* « . 8 1/2 к-*.
Вооружение 37 пушка £0?Щ1СА .... I
ЗапаЯ" снарядов ....... около .250.шт.
Команда . ........ ... 2 чел.
Рис. 29. Краткая справка об изготовлении первого советского танка, приложенная к рапорту В. И. Ленину
Рис. 30. Первый советский танк „Борец за свободу товарищ Ленин11, 1920 г.; общий вид (приложение к рапорту В. И. Ленину)
В декабре 1920 г. Совет военной промышленности рапортовал Владимиру Ильичу Ленину о постройке первого советского танка (рис. 28—31). Его назвали «Борец за свободу товарищ Ленин».
Вслед за этим танком были выпущены танки: «Парижская коммуна», «Красный борец», «Илья Муромец». С 1920 по 1922 г. советские заводы изготовили 16 танков. Эти танки приняли участие в боях на фронтах гражданской войны.
Создавая первые танки, советское танкостроение в то же время отыскивало новые оригинальные пути развития. В 1919 г. инженер Максимов разработал первый в мире проект одноместного сверхлегкого танка — «щитоноски» (рис. 32). Этот танк, вооруженный пулеметом и защищенный противопульной броней, должен был весить всего 2,25 т. При мощности двигателя 40 л. с. скорость «щитоноски» могла достигать 17 км/час,
В 1920 г. был организован конкурс на лучший проект танка. Первую премию за разработку конструкции плавающего танка присудили проекту Ижорского завода. В 1922 г. был проведен второй такой же
Рис. 31. Первый советский танк, 1920 г.; продольный разрез (приложение к рапорту В. И. Ленину)
Рис. 32. „Щитоноска“ инженера Максимова (1919 г.) — первый проект сверхлегкого танка:
вес — 2 — 2,5 т: вооружение — 1 пулемет: наибольшая скорость — 17 км/час: броня — до 10 мм
конкурс. Однако развертывание танкостроения было чрезвычайно трудной задачей для разрушенной войной промышленности. Все силы страны были сосредоточены на восстановлении промышленности и сельского хозяйства.
СОВЕТСКОЕ ТАНКОСТРОЕНИЕ МЕЖДУ 1927 и 1931 гг.
После завершения восстановления народного хозяйства партия развернула борьбу за социалистическую индустриализацию страны. Это необходимо было в интересах победы социализма в городе и деревне, в интересах укрепления обороны нашей Родины, находящейся в капиталистическом окружении. Политика индустриализации позволила создать в короткий срок оборонную промышленность, наладить снабжение Советской Армии современной военной техникой.
В 1927 г. на вооружение Советской Армии поступает танк МС-1 или малый танк сопровождения пехоты (рис. 33). Он был вооружен полуавтоматической 37-мм пушкой и пулеметом, расположенными во вращающейся броневой башне. Толщина брони корпуса составляла 16 мм, максимальная скорость танка— 17 км/час.
Большой интерес представляла конструкция моторно-трансмиссионной группы танка: главный фрикцион, коробка передач, механизм поворота (простой дифференциал с тормозами на полуосях) находились в одном картере с двигателем и работали в масляной ванне. Ввиду этого конструкция была исключительно компактна, что, в свою очередь, позволяло уменьшить размеры и вес танка. Для своего времени танк МС-1 был весьма совершенной боевой машиной.
В 1929 г. танки МС-1 принимали участие в боях на дальневосточной границе нашей Родины.
Рис. 33. Советский танк МС-1 (1927 г.):
вес — 5,5 т; вооружение — одна 37-мм пушка и один пулемет: наибольшая скорость — 17 км/час; бортовая броня — 16 мм; экипаж — 2 человека
В том же 1929 г. был создан новый советский танк. Его вооружение располагалось в три яруса:
пушка и два пулемета — в основной башне, один пулемет — в специальной башенке и один — в отделении управления танком. Специальная башенка, находясь над основной башней, имела независимое вращение и позволяла вести огонь из пулемета и наблюдение за полем боя независимо от основной башни. Такая башенка, но без пулемета, применялась на некоторых отечественных и иностранных танках второй мировой войны. Новый танк имел мощный двигатель и был оборудован планетарной трансмиссией. Планетарные трансмиссии вновь стали применяться на танках в годы второй мировой войны.
ПРЕДВОЕННЫЕ ПЯТИЛЕТКИ И СОВЕТСКОЕ ТАНКОСТРОЕНИЕ
В своем историческом докладе «Итоги первой пятилетки» И. В. Сталин говорил:
«...из страны слабой и не подготовленной к обороне Советский Союз превратился в страну могучую в смысле обороноспособности, в страну, готовую ко всяким случайностям, в страну, способную производить в массовом масштабе все современные орудия обороны и снабдить ими свою армию в случае нападения извне».
К числу современных орудий обороны, производство которых было обеспечено выполнением пятилетних планов, принадлежали и танки.
Развитие советского танкостроения могло осуществляться лишь на основе высокоразвитой металлургии, моторостроения, электромашиностроения, автомобильной, тракторной, оптической промышленности, производства вооружения, боеприпасов, горючего, смазочных материалов И т. д.
К концу восстановительного периода некоторые из этих отраслей промышленности были развиты слабо, а многих и вовсе не существовало.
Царское правительство слабо развивало промышленность, особенно новые отрасли машиностроения. В 1914 г. в России было всего 11 000 автомобилей, из них только 2000 грузовых. За шесть лет Русско-Балтайский завод выпустил 450 автомобилей, да и то собранных из импортных деталей. В начале войны была сделана попытка построить небольшие автомобильные заводы. Но эти заводы так и остались недостроенными. Такое же примерно положение было и в других отраслях народного хозяйства.
В 1929 г. Советское правительство приняло решение о строительстве двух автомобильных заводов-гигантов: Горьковского завода с годовой производительностью 100 000 грузовых и легковых автомобилей и Московского с годовой производительностью 25 000 грузовых автомобилей.
Темп производства автомобилей нарастал из года в год: 25 000 машин — в 1932 г., 50 000 — в 1933 г., до 200 000 — в 1937 г.
В 1930 г. был пущен Сталинградский тракторный завод-гигант, в 1932 г. — Харьковский. Детищем первого года второй пятилетки явился Челябинский тракторный завод.
Если в 1930 г. в народном хозяйстве было менее 100 000 гр актеров, то в 1937 г. их число достигло почти 500 000.
В таком же темпе развивались и другие отрасли советское народного хозяйства. Особенно важным было развитие металлур) ической 46
промышленности, которая получила новую угольно-металлургическую базу — Урало-Кузнецкую, созданную по инициативе Центрального Комитета Коммунистической партии Советского Союза.
Не меньшее значение имело и развитие нефтяной промышленности.
В 1913 г. царская Россия добывала 9 000 000 т неф-
ти. В 1940 Г. добыча нефти Рис. 34. Советский малый танк Т-27 (1930 г.): В Советском Союзе состави- вес — 2,8 т; вооружение — один пулемет; наи-ла 31 000 000 Т. большая скорость — 45 км/час; броня — 6 — 9 мм;
Большой размах разви- экипаж — 2 человека
тия нашей промышленности в годы первых пятилеток способствовал тому, что Советская Армия стала могучей механизированной армией. В 1930 г. мощность механи-
зированных средств, приходившихся на одного солдата, составляла 3,07 л. с.; в 1939 г. она возросла больше чем в четыре раза, достигнув 13 л. с.
Мощное техническое оснащение Советской Армии, насыщение ее современным оружием, превосходившим по качеству оружие любой из воевавших стран, способствовало нашей победе в Великой Отечественной войне.
Рост отечественной промышленности, техническое оснащение армии настоятельно требовали подготовки советских технических кадров. 4 мая 1935 г. на выпуске слушателей военных академий Красной Армии. И. В. Сталин говорил:
«Чтобы привести технику в движение и использовать ее до дна, нужны люди, овладевшие техникой, нужны кадры, способные освоить и использовать эту технику по всем правилам искусства. Техника без людей, овладевших техникой, — мертва. Техника во главе с людьми, овладевшими техникой, может и должна дать чудеса... Надо понять, что при. наших нынешних условиях „кадры решают все”».
Вдохновляемые Коммунистической партией советские конструкторы, технологи, производственники и руководители предприятий, производящих бронетанковую технику Советской Армии, использовали достижения советской науки и создали лучшие в мире танки.
Выполнив первый пятилетний план, имея автомобильную и тракторную промышленность, Советский Союз мог начать строительство танков. Необходимость этого вызывалась международной обстановкой. Угроза
Рис. 35. Советский легкий танк Т-26 (1934 г.): вес — 8,6 т; вооружение — одна 45-мм пушка и один пулемет (в первоначальном двухбашенном варианте — два пулемета или одна 37-мм пушка и один пулемет); наибольшая скорость — 30 км/час; бортовая броня — 15 мм; экипаж — 3 человека
Рис. 36. Советский колесно-гусеничный танк БТ — самый быстроходный танк в мире:
вес — 13 т; вооружение — одна 45-мм пушка и один пулемет; наибольшая скорость на гусеницах—53 км/час, на колесах—72 км/час; броня— 15 мм; экипаж — 3 человека
ный танк БТ (рис. 36), средний танк Т-28
новой войны становилась все реальней — в этом нельзя было сомневаться, особенно после прихода немецкого фашизма к власти. Для подготовки страны к отпору любым агрессорам Коммунистическая партия и Советское правительство приняли необходимые меры, чтобы Советская Армия была оснащена современным оружием.
С 1931 по 1933 г. на вооружение Советской Армии поступают: малый танк Т-27 (рис. 34), легкий танк Т-26 (рис. 35), быстроходный легкий колесно-гусенич-
(рис. 37), тяжелый танк Т-35
(рис. 38).
Таким образом, вместо одного типа танка МС-1 на вооружении Советской Армии к 1933 г. было уже пять разных типов танков весом от 2,8 до 50 т. Максимальная скорость танков возросла с 17 до 53 км/час\ в полтора раза увеличилась толщина брони; калибр пушек был доведен до 76 мм\ число пулеметов на новых средних и тяжелых
танках возросло в несколько раз.
Если мощность двигателя танка МС-1 составляла 40 л. с., то на новых танках устанавливаются двигатели мощностью до 500 л. с.
Рис. 37. Советский средний танк Т-28 (1933 г.):
вес — 28 т; вооружение — одна 76-мм пушка и четыре пулемета; наибольшая скорость — 40 км/час; бортовая броня — 20 мм; экипаж — 6 человек
Из принятых на вооружение Советской Армии новых танков особенно выделялся быстроходный колесно-гусеничный танк БТ, любимец советских танкистов, имевший скорость на гусеничном ходу 53 км/час и на колесном — 72 км!час. Советские танки Т-28 и Т-35 по вооружению 48
Рис. 38. Советский тяжелый танк Т-35 (1933 г.):
вес — 50 т; вооружение — одна 76-мм пушка, две 45-мм пушки и шесть пулеметов; наибольшая скорость — 32 км/час; броня —
22 мм; экипаж — 10 человек
были тогда самыми мощными танками в мире; в то же время они обладали высокой подвижностью: их максимальная скорость составляла 30—40 км/час.
РАЗВИТИЕ СОВЕТСКИХ ТАНКОВ
В последующие годы советское танкостроение идет по пути совершенствования танков основных типов, особенно Т-26 и БТ.
Танк Т-26 подвергся значительным изменениям. Вначале он имел две башни с установленными в них пулеметами. Затем две башни были заменены одной и в ней были установлены 37-мм пушка и пулемет. В дальнейшем 37-мм пушка была заменена 45-лш пушкой, а толщина брони танка увеличена. В связи с увеличением веса танка потребовалось усилить трансмиссию и особенно ходовую часть, что и было успешно осуществлено.
Много поработали советские конструкторы над повышением боевых качеств ганка БТ. Как и на танке Т-26, на БТ была установлена ЬЗмм пушка, которая потом была заменена на части
Рис. 39. Советский малый плавающий танк Т-37 (1932 г.):
вес — 3,5 т; вооружение — один пулемет; наибольшая скорость на суше — 36 км/час, на воде—
4 км/час; бортовая броня — 9 мм; экипаж —
2 человека
Рис. 40. Советский плавающий танк Т-38 (1935 г.)
Рис. 41. Советский легкий Т-40 (1940 г.)
С ВОС-ОТ сжатия, с успехом на новых
танков 76-.ЮИ пушкой. Увеличилась и толщина брони танка. Незадолго до войны на танке БТ был установлен мощный советский двигатель пламенением впоследствии примененный
средних и тяжелых танках.
На танках Т-26 и БТ последних выпусков ци-плавающий танк линдрические башни были заменены коническими, обладающими большей снарядостойкостью.
малых танков началось с танков Т-27, затем Т-37 (рис. 39), Т-38 (рис. 40), Т-40 (рис. 41)
лен крупнокалиберный пулемет; в связи
Производство советских создаются плавающие танки и позже — легкие танки Т-60, Т-70 (рис. 42, 43).
Плавающие танки Т-37 и Т-38 имели некоторые различия в броневом корпусе и трансмиссии. Улучшение формы корпуса позволило снизить высоту, уменьшить вес и повысить маневренность танка. На танке Т-38 применены бортовые фрикционы — более совершенные механизмы поворота, чем простой дифференциал, применявшийся на танках Т-27 и Т-37.
Танк Т-40 был еще более совершенен. Его броня усилена, установ-с увеличением веса танка поставлен более мощный двигатель. Коренному изменению подверглась ходовая часть танка. На этом танке была впервые применена стержневая независимая подвеска, созданная советскими инженерами.
Таким образом, в рассматриваемый период (1931 —1939 гг.) конструкции советских танков всех типов непрерывно совершенствовались. Улучшались и основные боевые показатели танков: маневренность, броневая защита и огневая мощь.
К 1936 г. стало очевидным, что артиллерия, в частности проти вотан ко-вая, развивается быстрее, чем броневая защита танков. Еще во время захватнической войны фашистской Италии против Абис-Рис. 43. Советский легкий танк Т-70 (1942 г.) СИНИИ были применены
Рис. 42. Советский легкий танк Т-60 (1941 г.)
автоматические 20-жж противотанковые пушки, которые с прицельных дистанций легко поражали слабую (толщиной до 20 мм) броню легких и средних танков. Значительно усовершенствовано было в эти годы ручное противотанковое ружье. Обладая большой пробивной силой, оно легко поражало 15—20-жж броню легких и средних танков.
В 1936 г. началась спровоцированная фашистскими агрессорами при попустительстве , англо-франко-американских правителей гражданская война, а затем открытая германо-итальянская интервенция в Испании. В этой войне использовались, правда в относительно небольшом количестве, новые образцы танков и противотанковая артиллерия.
Несмотря на сравнительно слабое насыщение обороны противотанковыми орудиями и малый их калибр — 20-жж, 37-жж и в небольшом количестве 45-жж пушки, слабо бронированные немецкие и итальянские танки несли большие потери от огня противотанковой артиллерии. Война в Испании показала, что танки с противопульным бронированием уже не являются полноценными боевыми машинами. Можно было ожидать, что в будущей войне мощь противотанковой артиллерии и насыщенность ею обороны возрастут во много раз.
Война в Испании показала также, что время пулеметных танков прошло. Итальянские и германские пулеметные танки были беспомощны в боях с пушечными танками республиканцев.
Таким образом, опыт войны в Испании подтвердил правильность пути развития советских танков в направлении усиления огневой мощи и броневой защиты при сохранении маневренности. Такое направление развития танков требовало применения более мощных двигателей.
СОЗДАНИЕ СОВЕТСКОГО ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ ,
Бензиновый двигатель обычного автомобильного или авиационного типа, применявшийся в то время на танках, был относительно малоэкономичен. Увеличение мощности такого двигателя повышало и расход горючего; чтобы сохранить достаточный запас хода танка, нужно было увеличить объем баков, а тем самым объем и вес корпуса танка. Кроме того, бензин в танках представлял серьезную опасность в пожарном отношении. Наконец, автомобильный и авиационный двигатели не были приспособлены к тяжелым условиям работы в танке. И без того короткий срок службы этих двигателей резко снижался при использовании их в танках. .
Поэтому перед советским танкостроением встала задача создать не просто мощный двигатель, но двигатель специальный, приспособленный к условиям работы в танке. Больше всего удовлетворял особенностям тяжелой работы в танке двигатель с воспламенением от сжатия (дизель), работающий на тяжелом горючем, более экономичный и менее опасный в пожарном отношении, чем карбюраторный двигатель.
Еще в 1932 г. по указанию Советского правительства была начата работа по созданию такого двигателя.
Создать высокооборотный бескомпрессорный двигатель, годный для работы в танке, было нелегко. В Германии, имевшей значительный опыт дизелестроения, так и не сумели построить танковый дизель. На всех немецких танках, применявшихся во вторую мировую войну, стояли бензиновые двигатели. Американцы только в ходе войны под влиянием советского танкостроения стали применять на некоторых своих танках
дизели, да и то не специально танковые, а взятые из автостроения и потому не отвечавшие по мощности требованиям к танковому двигателю (поэтому на некоторых американских и английских танках ставили по два автомобильных дизеля).
Советские конструкторы первые в мире взялись за разработку мощного бескомпрессорного многооборотного танкового дизеля. Потребовалась большая конструкторская и экспериментальная работа, чтобы создать к 1936 г. первый в мире танковый дизель советской марки В-2 (рис. 44).
В 1939 г. двигатель В-2 успешно прошел испытания на танке ВТ.
По своей экономичности двигатель В-2 значительно превосходил бензиновые двигатели иностранных танков: он расходовал намного меньше горючего, чем любой из иностранных двигателей.
В 1939— 1940 гг. советские танки получили мощный и экономичный двигатель. Создание этого двигателя позволило наилучшим образом сочетать броневую защиту, огневую мощь и маневренность в советских танках новых типов.
НОВЫЙ СРЕДНИЙ И ТЯЖЕЛЫЙ СОВЕТСКИЕ ТАНКИ
К 1940 г. коллектив конструкторов разработал проект и создал конструкцию нового среднего танка Т-34, получившего потом мировую известность (рис. 45). По своим боевым показателям новый танк был значительно лучше иностранных танков того времени. Он имел оригинальной формы корпус с наклонными броневыми листами; в годы второй мировой войны за границей пытались копировать эту форму, признанную наилучшей.
Основное вооружение танка Т-34 размещалось в конической башне. Мощный двигатель В-2 обеспечивал высокую маневренность танка, а малое удельное давление гусениц на грунт — хорошую его проходимость. 52
GO
классическим танком второй мировой войны
Рис. 45. Советский средний танк, ставший
Небольшие размеры, относительно малый вес и, что особенно важно, простота изготовления — все это в период войны облегчало производство этих танков в необходимом количестве.
Танк—массовое оружие войны, поэтому он должен быть прост в производстве, надежен и прост в эксплуатации и ремонте. Таким и был созданный советскими конструкторами новый отечественный средний танк, ставший лучшим танком в мире.
В то время, когда создавался новый средний танк, велась работа и по проектированию нового тяжелого танка. Предшествовавшие тяжелые танки имели много башен, в которых размещалось многочисленное вооружение: несколько пушек различных калибров и большое количество пулеметов. Из всех башен круговое вращение имела только одна центральная, поэтому мощь вооружения полностью не использовалась.
Большое количество башен увеличивало размеры танка, его вес и снижало маневренность. Для сохранения маневренности приходилось уменьшать толщину брони, т. е. ухудшать защиту танка. Даже применение нового мощного двигателя В-2 не могло облегчить разрешение проблемы дальнейшего одновременного повышения основных боевых свойств многобашенных тяжелых танков: огневой мощи, броневой защиты и маневренности.
В силу указанных причин тяжелый танк был сделан однобашенным, сильно бронированным и вооруженным одной мощной пушкой.
Одновременно был решен и другой сложный вопрос — вопрос о под-рессоривании танка.
Подвеска для тяжело бронированного танка была очень слаба. В бою она была бы легко уязвима. Надо было в первую очередь защитить рессоры.
Ранее для защиты рессор на танк навешивали снаружи ходовой части фальшборты, т. е. дополнительные броневые листы. Но фальшборты образуют «мешки», куда набивается грязь, попадают камни, а из-за этого часто заклинивается ходовая часть. На тяжелом танке фальшборты должны быть значительно тоньше основной брони, поэтому ходовая часть попрежнему остается наиболее уязвимым местом танка. Если же делать фальшборты толстыми, танк станет значительно тяжелее, менее проходимым и скорость его снизится.
Поэтому нужно было отойти от привычных, установившихся конструктивных форм подвески и отыскать новое, принципиально иное решение. Советские конструкторы впервые в мире создали независимую танковую подвеску со стержневыми рессорами, которые легко было расположить внутри корпуса танка и надежно защитить основной броней.
Простая, надежная, легкая стержневая подвеска нашла применение не только в тяжелых, но и в легких советских танках (Т-40, Т-60, Т-70).
В 1939 г. отечественная танковая промышленность приступила к производству нового советского тяжелого танка КВ (рис. 46). Это был исключительно мощный по бронированию танк, не имевший себе равных ни у нас, ни за границей. Компактность конструкции и расположение вооружения в одной башне позволили сократить его размеры: танк КВ значительно короче и ниже тяжелого танка Т-35. Таким образом, 54
Рис. 46. Самый мощный тяжелый танк первого периода Великой Отечественной войны — советский танк КВ
в танке КВ было достигнуто сочетание исключительно сильной броневой защиты и отличной огневой мощи при относительно небольшом весе. Подобного сочетания главных боевых свойств танка безуспешно пытались потом добиться немецкие и американские конструкторы, создав вая в период войны свои тяжелые танки.
Вскоре после того, как был создан тяжелый танк КВ, наши код-структоры спроектировали на его основе танк КВ-2 с мощной 152-jhju гаубицей (рис. 47).
Благодаря советской военной науке, правильно определившей направление развития /танков, и передовой технической мысли, вдохновляемой Коммунистической партией, советская танковая промышленность еще до начала Великой Отечественной войны создала новые образцы танков, по своим боевым показателям оставившие далеко позади танки наиболее развитых капиталистических стран.
Рис. 47. Советский тяжелый танк КВ-2
ТАНКОСТРОЕНИЕ ЗА ГРАНИЦЕЙ
ТАНКОСТРОЕНИЕ В АНГЛИИ
Боязнь вооружения народа породила в Англии после первой мировой войны «теорию» малых механизированных армий, якобы способных нанести противнику «молниеносный» удар. Для таких армий, по мнению буржуазных теоретиков, требовались высокоподвижные танки; броня и вооружение отодвигались на второй план. Скорость, как это потом проповедовали и гитлеровцы,— вот главное качество танков, которое должно достигаться любой ценой.
Главное внимание в Англии было уделено созданию легких быстроходных танков. После ряда опытов в 1930 г. был выпущен шеститонный танк Виккерс, обладавший сравнительно высокой скоростью, но слабо бронированный и вооруженный только пулеметами. Кроме того, было построено-некоторое количество сверхлегких пулеметных машин — «танкеток», предназначенных для «бронированной пехоты».
Рис. 48. Английский крейсерский танк А-13 (1938 г.): вес — 20 т; вооружение — одна 40-мм пушка и один пулемет; скорость — 58 км/час; бортовая броня —15 мм; экипаж — 4 человека
Английские средние (16-тонные) и тяжелые (34-тонные) танки отличаются от легких главным образом вооружением, но не броневой защитой.
Создав несколько марок танков, англичане к середине 30-х годов фактически прекращают попытки идти собственным путем в развитии танкостроения. Подражая советскому танку БТ, который произвел сильное впечатление на английских представителей, присутство--вавших в 1936 г. на маневрах Советской Армии, они строят танки А-13 (рис. 48) и «Крусайдер» (рис. 49), названные ими крейсерскими.
Как по своей боевой характеристике, так и по внешнему виду эти танки сходны с советским танком БТ.
Наряду с этим строятся тихоходные и слабо вооруженные танки с несколько более толстой броней, чем у крейсерских, названные пехотными.
Когда в 1939 г. началась вторая мировая война, англичанам пришлось срочно развернуть производство своих тихоходных «пехотных» танков, так как слабо бронированные крейсерские танки уже окончательно устарели, а для создания танков новых типов не было ни времени, ни достаточных возможностей. В результате на вооружение английской армии поступили танки МК-И и MK-III.
Танк МК-П имел вооружение: 40-alm пушку и один пулемет. Его максимальная скорость не превышала 25 км/час вследствие чрезвычайно невысокой удельной мощности (около 7,5 л. с. на тонну веса, что в 2—27г раза ниже удельной мощности советских танков того времени). В конструкции этого танка был ряд серьезных недостатков. Он имел за-
Рис. 49. Английский крейсерский танк „Крусай-дер“
крытую фальшбортами сложную балансирную подвеску, от которой уже отказалось передовое советское танкостроение. Его трансмиссия, в особенности коробка передач, была технологически сложна и ненадежна в работе. Мало чем отличался от этого танка по своим боевым показателям и танк МК-Ш.
ТАНКОСТРОЕНИЕ ВО ФРАНЦИИ
Пассивный характер французской военной доктрины, ориентировавшейся на позиционную войну, отразился и на танкостроении.
Во Франции строят тихоходные, но сравнительно сильно бронированные танки. Характерной в этом отношении является систематическая
Рис. 50. Французский тяжелый танк 2С (1923 г.): вес — 70 т; вооружение — одна 75-мм пушка и четыре пулемета; наибольшая скорость — 16 км/час; броня — 30 — 40 мм; экипаж — 12 человек
работа над проектированием тяжелых танков. В 1919 г. был построен танк марки 1С, весом 74 т, с броней толщиной 45 мм. В 1923 г. на вооружение французской армии поступил тяжелый танк 2С (рис. 50) и в 1926 г. — тяжелый танк ЗС. Одновременно с этим продолжается работа по совершенствованию легкого танка «Рено».
В годы, предшествующие второй мировой войне, ’создаются новые легкие танки R-35, Н-35, средний S-35 и тяжелый В-2, по типу которых были изготовлены английские «пехотные» танки. В них отражена прежняя французская линия: сравнительно толстая броня — не менее
30—35 мм даже на легких танках, малая скорость движения и слабое вооружение — 37—М-мм пушки (лишь на тяжелом танке — 75-;юи короткоствольная пушка).
ТАНКОСТРОЕНИЕ В США
До 1937 г. США не имели массового танкостроения. Они ограничивались созданием опытных конструкций танков. Отсутствие сколько-нибудь ясного представления о боевых требованиях к танкам, произвол отдельных конструкторов, некритическое копирование иностранных образцов — все это нашло свое отражение в американских танках того времени. По преимуществу это были танки легкого бронирования, слабо вооруженные, но быстроходные. В качестве примера можно привести легкий танк Т-5, выпущенный в 1936 г. (рис. 51).
Рис. 51. Американский легкий танк Т-5 (1936 г.). вес — 8 т; вооружение — 3 пулемета; наибольшая расчетная скорость — 60 км/час; бортовая броня — 19 мм; экипаж — 2 человека
С 1937 по 1940 г. разрабатываются новые образцы танков: легкий танк М-Зл и средний жМ-Зс. Эти танки поступают на вооружение американской армии и впоследствии принимают участие в войне.
Танк'М-Зл, прототипом которого послужил танк Т-5, был вооружен 37-мм пушкой и пятью пулеметами. Толщина его брони — 25 мм, наибольшая скорость — 64 км/час.
В танке М-Зс 73-мм пушка установлена в боковой полубашне, 37-мм пушка — в главной башне и зенитный пулемет — в специальной башенке. Толщина брони танка 40 мм, максимальная скорость 37 км/час. Особенность ходовой части танка — обрезиненные снаружи и внутри гусеницы. Позже, когда американцы получили возможность познакомиться со средним советским танком, они отказались от обрезинивания гусениц снаружи, чтобы повысить сцепление гусениц с грунтом.
ТАНКОСТРОЕНИЕ В ГЕРМАНИИ
Американские монополисты, лелея мечту о мировом господстве, рассчитывали развязать вторую мировую войну руками немецких милитаристов. Магнаты Уолл-стрита сделали все, чтобы в кратчайший срок восстановить военную мощь побежденной в первой мировой войне Германии.
«Кто не знает, что американские банки и тресты, действуя в полном согласии с Правительством, в послеверсальский период вложили в германскую экономику и предоставили Германии кредиты, исчисляемые миллиардами долларов, которые пошли на восстановление и развитие 58
военно-промышленного потенциала Германии»1. Огромную роль в восстановлении Германии сыграл план Дауэса, с помощью которого американский капитализм рассчитывал создать зависимость германской промышленности от американских монополий, подчинив экономику и политику Германии Уолл-стриту.
Благодаря огромным иностранным капиталовложениям к 1927 г. германский экспорт уже достиг довоенного уровня, что свидетельствовало о восстановлении народного хозяйства страны.
Заботясь об ускорении подготовки новой войны, американские империалисты в союзе с немецкими монополиями привели к власти Гитлера. После этого их «помощь» Германии еще более усилилась.
«...Золотой дождь американских долларов, — указывало Советское информационное бюро,— оплодотворил тяжёлую промышленность гитлеровской Германии и, в частности, военную промышленность. Это миллиарды американских долларов, вложенных заокеанскими монополиями в военную экономику гитлеровской Германии, воссоздали германский военный потенциал и вложили в руки гитлеровского режима оружие, необходимое для осуществления его агрессии.
В короткий срок, опираясь на финансовую поддержку, главным образом американских монополий, Германия воссоздала мощную военную промышленность, способную производить в огромных количествах первоклассное вооружение, многие тысячи танков, самолётов, артиллерийских орудий, военно-морских кораблей новейшего типа и другие виды вооружения» 1 2.
Американские империалисты вместе со своими английскими и французскими пособниками проводили преступную политику «умиротворения» агрессора за счет других стран (Австрии, Чехословакии, Польши), политику «невмешательства». Характеристику этой политики дал И. В. Сталин в докладе на XVIII съезде партии.
«В политике невмешательства сквозит стремление, желание — не мешать агрессорам творить свое черное дело, не мешать, скажем, Японии впутаться в войну с Китаем, а еще лучше с Советским Союзом, не мешать, скажем, Германии увязнуть в европейских делах, впутаться в войну с Советским Союзом, дать всем участникам войны увязнуть глубоко в тину войны, поощрять их в этом втихомолку, дать им ослабить и истощить друг друга, а потом, когда они достаточно ослабнут,— выступить на сцену со свежими силами, выступить, конечно, «в интересах мира», и продиктовать ослабевшим участникам войны свои условия» 3.
Пользуясь благоприятной для них международной обстановкой, гитлеровцы повели бешеную подготовку к войне. В основу военно-стратегических планов они положили авантюрную доктрину «молниеносной войны».
Исходя из этой доктрины, немецкие фашисты делают ставку на танковые соединения и авиацию, отводя второстепенную роль пехоте и артиллерии. Создаются высокоподвижные моторизованные и танковые дивизии и армии, ядро которых составляют танки. Опираясь на эти дивизии и армии и используя внезапность как один из основных элементов своей стратегии, гитлеровцы рассчитывали «молниеносно» расколоть оборону противника и, изолировав отдельные части его развалившегося фронта, ворваться вглубь страны и принудить ее к капитуляции.
1 Фальсификаторы истории (Историческая справка), Госполитиздат, 1948 г., стр. 9.
2 Та м же, стр. 12 и 13.
3 И. Сталин, Отчетный доклад на XVIII съезде партии о работе ЦК ВКП(б). Госполитиздат, 1939 г., стр. 13.
Готовясь к войне, немцы развернули массовое производство танков.
С приходом к власти фашизма Германия отбросила ограничения Версальского договора и значительно ускорила производство танков. В июле 1935 г. в Деберице под Берлином происходил парад немецких танков Т-1. Эти танки вскоре приняли участие в гражданской войне в Испании на стороне мятежников.
Опыт войны в Испании показал, что немецкий танк Т-1 имел слишком слабую броню и слабое вооружение. Поэтому немцы усилили броню, доведя ее толщину до 15 мм, и установили на танке 20-ли/ пушку. Видоизмененные танки, получившие марку Т-П, приняли участие во второй мировой войне.
Позднее немцы создали новые танки Т-Ш и T-IV, предназначавшиеся для ведения «молниеносной войны». Основное внимание они уделили обеспечению быстроходности своих танков по хорошим дорогам. Броневая защита этих танков слабая, вооружение недостаточно мощное: 37-мм пушка на Т-Ш и короткоствольная 7Ъ-мм— на T-IV.
На базе танка Т-Ш была создана также самоходная пушка Арт-штурм.
Для массового производства танков использовались не только специальные танковые заводы, но и заводы гражданской промышленности, которые стали изготовлять отдельные танковые агрегаты (коробки передач, механизмы управления и т. д.). После оккупации Чехословакии к немцам перешли мощные заводы Шкода, имевшие большой опыт танкостроения.
Мы рассмотрели вкратце развитие танков основных стран, участвовавших во второй мировой войне, кроме Италии и Японии, танки которых с технической точки зрения ничего интересного не представляли и не сыграли в войне сколько-нибудь заметной роли.
ТАНКИ ВО ВТОРОЙ МИРОВОЙ И ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЕ
ВОЙНА НА ЗАПАДЕ
Поощряемая прямым пособничеством американских и англо-французских империалистов фашистская Германия в сентябре 1939 г. напала на Польшу. Гитлеровские полчища, в составе которых были танковые и моторизованные дивизии, встретили мужественное сопротивление польских солдат, защищающих свою родину. Но вследствие бездарности и продажности польского панского правительства, а также предательства «союзников» Польши — Англии и Франции — польская армия потерпела поражение.
В середине мая 1940 г. крупные силы немецко-фашистских войск, со значительным количеством танковых и моторизованных дивизий, перешли границы Голландии, Бельгии, Люксембурга и вторглись во Францию. В конце мая английские войска эвакуировали Дюнкерк, покинули Францию и направились в Англию. 22 июня Франция капитулировала.
Немцы приписывали успех в войне против Франции, Бельгии и Голландии, как и в войне с Польшей, своей стратегии «молниеносной войны» и превосходству своей бронетанковой техники над техникой противника.
В действительности дело обстояло иначе. Авантюрная стратегия «молниеносной войны» имела успех только потому, что немецко-фашистская армия до лета 1941 года не встречала серьезного сопротивления. Успехи немцев определялись прежде всего чудовищным предательством реакционных правительств Польши, Голландии, Бельгии, Франции, Юго-60
славии, неподготовленностью их к войне вообще и к борьбе с танками и авиацией в частности.
После легких побед в 1939—1940 гг. еще более укрепилась вера фашистской Германии в «молниеносную войну», значительно усилился военный и экономический потенциал Германии, поставившей на службу себе экономику почти всей Европы.
Английские, французские и американские империалисты надеялись па установление прочного соглашения с Германией, стремились столкнуть Германию с СССР и сами хотели начать войну против Советского Союза. Политика умиротворения, политика отказа от коллективной безопасности, политика изоляции СССР полностью провалилась. «При этом характерно, что не кто иной, как Англия и Соединённые Штаты Америки помогли Германии подняться экономически и поднять её военноэкономический потенциал. Конечно, США и Англия, помогая Германии подняться экономически, имели при этом в виду направить поднявшуюся Германию против Советского Союза, использовать её против страны социализма. Однако Германия направила свои силы в первую очередь против англо-франко-американского блока. И когда гитлеровская Германия объявила войну Советскому Союзу, то англо-франко-американский блок не только не присоединился к гитлеровской Германии, а, наоборот, был вынужден вступить в коалицию с СССР против гитлеровской Германии»1.
ТАНКИ В ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЕ
22 июня 1941 г. гитлеровская Германия, грубо нарушив пакт о ненападении, неожиданно и вероломно напала на нашу Родину. «170 дивизий немцев, вооружённых тысячами танков и самолётов, были придвинуты к границам СССР и внезапно брошены против Страны Советов. Вооружённые силы миролюбивого Советского Союза на первых порах войны оказались в невыгодном положении» 1 2.
Началась Великая Отечественная война Советского Союза — самая жестокая и самая тяжелая из всех войн, когда-либо пережитых нашей Родиной. Эта война была величайшим испытанием для советского народа и его Вооруженных Сил.
В первый период войны, самый трудный, охватывающий почти полтора года (до перехода Советской Армии в контрнаступление под Сталинградом), Советские Вооруженные Силы под водительством Советского Верховного Главного Командования, ведя активную оборону, сочетающуюся с контратаками и контрнаступлением на важнейших стратегических направлениях, изматывали силы врага, наносили ему жестокие удары.
В своем приказе № 55 от 23 февраля 1942 г. И. В. Сталин указывал: «В короткий срок Красная Армия нанесла немецко-фашистским войскам один за другим удары под Ростовом на Дону и Тихвином, в Крыму и под Москвой. В ожесточённых боях под Москвой она разбила немецко-фашистские войска, угрожавшие окружением советской столицы. Красная Армия отбросила врага от Москвы и продолжает жать его на запад. От немецких захватчиков полностью освобождены Московская и Тульская области, десятки городов и сотни сёл других областей, временно захваченных врагом» 3.
1 И. Сталин. Экономические проблемы социализма в СССР. Госполитиздат, 1952 г., стр. 35.
2 И. В. Сталин, Краткая биография, изд. 2-е, Госполитиздат, 1947 г., стр. 183.
3 И. В. Сталин, О Великой Отечественной войне Советского Союза, изд. 5-е. стр. 43.
Разгром немецко-фашистских войск под Москвой явился решающим событием первого периода войны и первым крупным поражением гитлеровцев во второй мировой войне. Эта великая победа развеяла миф о непобедимости германской армии.
Во время боев под Москвой родилась славная танковая гвардия, подвиги которой служили примером отваги и мужества для всех советских танкистов.
Отсутствие второго фронта позволило немецко-фашистским захватчикам оправиться от нанесенных им Советской Армией поражений под Москвой, под Тихвином и Ростовом, перебросить с Запада на советско-германский фронт значительное количество дивизий и организовать новое крупное наступление на юге нашей Родины. Советское Верховное Командование гениально разгадало стратегический замысел врага, в ходе напряженных оборонительных действий Советской Армии добилось значительного ослабления главных сил врага и подготовило под Сталинградом удар сокрушительной силы, от которого враг не смог оправиться до конца войны.
Уже первый период Великой Отечественной войны показал решающее качественное превосходство советских танков над танками противника.
Немецкие фашисты с первых дней столкнулись с более мощной, чем у них, танковой техникой и, прежде всего, с новыми советскими танками, средними и тяжелыми.
Не поражаемые огнем немецких танков Т-Ш и T-IV, а тем более Т-П и Т-I, советские танки громили немецкие машины даже с наибольших дистанций прицельного огня. Перед лицом мощной советской танковой техники отчетливо вскрылась вся неполноценность немецких танков. Не говоря уже о броне и вооружении, даже подвижность немецких танков, которой в планах «молниеносной войны» отводилось основное место, уступала подвижности мощных советских боевых машин.
С первых же дней войны с Советским Союзом хваленая немецкая техника оказалась устаревшей. Немцы были вынуждены срочно приступить к ее обновлению. Вместо 37-лш пушек на танках устанавливаются 50-jwjf. На корпуса танков навешиваются дополнительно броневые листы — экраны. Экранировка приобретает вскоре массовый характер: танки экранируются не только на заводах, но и непосредственно в частях кустарным способом. В результате экранирования увеличился вес танков, снизилась их маневренность и особенно сильно ухудшилась и без того плохая проходимость.
6 ноября 1941 г., в канун 24-й годовщины Великой Октябрьской социалистической революции, И. В. Сталин говорил:
«Наши танки по качеству превосходят немецкие танки, а наши славные танкисты и артиллеристы не раз обращали в бегство хвалёные rffe-мецкие войска, с их многочисленными танками. Но танков у нас всё же в несколько раз меньше, чем у немцев. В этом секрет временных успехов немецкой армии».
Советское правительство приняло все меры, чтобы свести к нулю превосходство немцев в танках и тем самым коренным образом улучшить положение нашей армии.
На заседании Государственного Комитета Обороны были приняты решения, наметившие пути увеличения производства советских танков. Был создан Народный комиссариат танковой промышленности.
Задачу, поставленную Советским правительством, пришлось выполнять в сложных условиях, когда ряд танкостроительных заводов эвакуировался на Восток.
Новая база советского танкостроения создавалась в глубоком тылу. В тяжелых условиях осени и зимы 1941 г., в жестокие морозы танкостроители налаживали прерванное эвакуацией производство. Почти сразу после разгрузки оборудования и размещения его на новом месте танковые заводы начали отправлять танки на фронт. Одновременно с налаживанием производства танков готовились кадры танкостроителей, внедрялись новые методы производства и сборки.
Не удовлетворяясь достигнутым качественным превосходством над танками противника, советские танкостроители продолжают совершенствовать конструкции танков.
Когда немецкие самолеты стали вести пушечный огонь по нашим танкам, была усилена броня крыши. Было также усилено днище корпуса танка, как только стало известно, что днище прогибается при взрыве противотанковых мин.
В 1942 г. с фронтов стали поступать донесения, что на труднопроходимой местности новый тяжелый танк обладает недостаточной маневренностью вследствие слишком большого веса. Конструкторы добились снижения веса танка, не ослабляя его броневой защиты.
Руководящими принципами действий бронетанковых и механизированных войск являлись: массированное использование танков, создание решающего танкового превосходства на направлениях главного удара, взаимодействие танков с авиацией, артиллерией и пехотой, всестороннее обеспечение танковой атаки.
Второй период Великой Отечественной войны начался победоносным контрнаступлением Советской Армии под Сталинградом и продолжался до конца 1943 г. Советская Армия в этот период в битве под Сталинградом окружила, уничтожила и пленила 330-тысячную группировку немецко-фашистских войск, прорвала блокаду Ленинграда, разгромила немецкую группировку в сражении под Курском, освободила левобережную Украину и выиграла битву за Днепр.
Начало этого периода совпало с ликвидацией количественного отставания в танках. С 1943 г. наши заводы стали давать танков больше, чем заводы Германии. С этого времени Советская Армия стала превосходить немецкую не только по качеству своих танков, но и по количеству.
Это был период коренного перелома в ходе Великой Отечественной войны, период окончательного захвата Советской Армией стратегической инициативы и развертывания гигантского наступления на большей части советско-германского фронта.
В этот период войны бронетанковые и механизированные войска активно участвовали в прорывах мощной и глубоко эшелонированной обороны противника и, используя свою ударную силу и подвижность, наносили стремительные удары по врагу, прорывались глубоко в тыл противника и умело окружали крупные группировки гитлеровцев, которые в последующем уничтожались нашими войсками.
Окружение и уничтожение крупных сил гитлеровцев под Сталинградом свидетельствовало о высоком мастерстве воинов Советской Армии, в том числе и советских танкистов.
В битве под Сталинградом танкисты, действуя в составе советских, войск, умело реализовали основные положения советской военной науки об активной обороне, о контрнаступлении, об окружении вражеских войск как самой решительной форме маневра. Почти все танковые части и соединения, участвовавшие в этой битве, были преобразованы в гвардейские и награждены орденами Советского Союза. Многим из
Рис. 52. Спустя 5 дней после начала Сталинградской операции танковые и механизированные части Советской Армии встретились у города Калач, замкнув кольцо окружения вокруг 330-тысячной немецкой армии
них присвоены наименования тех городов и районов, в боях за освобождение которых они особо отличились.
В ноябре 1942 г., после трехмесячных тяжелых оборонительных боев, советские войска неожиданно для немцев перешли в наступление. В прорывы, образовавшиеся во вражеской обороне, были введены крупные танковые и механизированные соединения Советской Армии. Спустя пять дней после начала действий танковые и механизированные части Советской Армии встретились у города Калач (рис. 52), замкнув кольцо окружения вокруг трехсоттридцатитысячной армии немецко-фашистских войск.
В этой небывалой в истории битве блестяще сочетались высокие боевые качества танков — их маневренность, броневая защита и огневая мощь — с искусством командования и мастерством войск. Правильное и четкое взаимодействие всех родов войск — пехоты, танков, артиллерии и авиации — обеспечило блестящий успех Сталинградской битвы.
Рис. 53. Немецкий средний танк T-V „Пантера* (1943 г.):
вес — 45 т; вооружение — одна 75-мм пушка и один пулемет;
наибольшая скорость — 50 км/час; броня: борт — 40 мм; лоб —
65 — 85 мм: башня —45 — 100 мм; экипаж — 5 человек
Только за три месяца наступления Советской Армии зимой 1942/43 г. немцы потеряли свыше 7000 танков, 4000 самолетов, 17 000 орудий и много другого вооружения. «Нужны ещё два-три таких мощных удара с запада и востока, какой был нанесён гитлеровской армии последние 5—6 месяцев,— писал И. В. Сталин в приказе от 1 мая 1943 г.,— для того, чтобы катастрофа гитлеровской Германии стала фактом».
После Сталинграда перед немцами со всей остротой встал вопрос о вооружении германской армии новой танковой техникой. Порочная стратегия «молниеносной войны» провалилась, а танки Т-Ш и T-IV были приспособлены именно для «молниеносной войны».
В 1943 г. в немецкой армии появились новые танки T-V «Пантера» (рис. 53), Т-VI «Тигр» (рис. 54) и самоходно-артиллерийская установка «Фердинанд» (рис. 55), резко отличавшиеся от старых — Т-Ш, T-IV, Артштурма. Немцы всячески стремились превзойти боевые показатели советских машин. Но их новые танки, сильно бронированные и сильно вооруженные, были недостаточно маневренны.
Рис. 54. Немецкий тяжелый танк Т-VI „Тигр“ (1943 г.):
вес — 56 т; вооружение — одна 88-мм пушка и два пулемета: наибольшая расчетная скорость — 44 км/час; броня: борт —62—82 мм: лоб— 100 мм; башня — 82 — 100 мм: экипаж — 5 человек
В безуспешной погоне за качественным превосходством немецкие конструкторы пытались копировать советские танки. Так, по форме корпуса танк «Пантера» очень похож на советский средний танк. Порочность пути слепого подражания не замедлила сказаться. Танк «Пантера» уступал советскому среднему танку в маневренности; удельная мощность «Пантеры» была ниже, а вес гораздо больше; это вызвало ухудшение проходимости. Несмотря на значительную толщину брони, защищенность немецкого танка была хуже, чем советских танков, в силу больших размеров и меньшей маневренности.
То же следует сказать о тяжелых танках. Танк «Тигр» имел броню несколько толще, чем тяжелый советский танк КВ, но маневренность немецкого танка была хуже, так как его удельная мощность была
Рис. 55. Немецкая самоходно-артиллерийская установка „Фердинанд “ (1943 г.):
вес — 70 т; вооружение — одна 88-мм пушка; наибольшая ско-рость — 20 км/час; броня: борт — 60 — 85 мм; лоб — 200 мм; экипаж— 6 человек
в полтора раза ниже удельной мощности советского танка, а вес почти на Ют больше.
В результате явного отставания немецкого танкостроения от советского новые танки фашистской Германии оказались не в состоянии противостоять танковой технике нашей армии. Хваленые новые немецкие танки не выдержали боевого испытания. В то же время Гер-
Рис. 56. Советская самоходно-артиллерийская установка СУ-76
мания все более и более отставала от СССР и в количестве танков.
Между тем, оснащение Советской Армии всеми видами оружия, в том числе и бронетанковой техникой, продолжало усиливаться.
С октября 1942 г. в Советской Армии получили массовое применение самоходно-артиллерийские установки: СУ-76 (рис. 56), СУ-85 (рис. 57) и др.
Одна из первых самоходно-артиллерийских установок (рис. 58), созданная на базе тяжелого советского танка Т-35 (см. рис. 38), была построена в 1937 г. Различие в назначении и применении самоходноартиллерийских установок (САУ) и танков определило различие в их устройстве: самоходно-артиллерийская установка имеет более мощное вооружение, чем танк, на базе которого она создана. Так, легкий советский танк Т-70 (см. рис. 43) имел 45-жж пушку, а самоходно-артиллерийская установка СУ-76, построенная на базе этого танка,— 76-жж пушку. Увеличение калибра орудия требовало отказа от вращающейся башни; пушка большего калибра не может разместиться в той же башне.
В ходе войны было налажено производство мощных самоходно-артиллерийских установок СУ-122 и СУ-152 (рис. 59 и 60). Советские
Рис. 57. Советская самоход но- артиллерийская установка СУ-85
Рис. 58. Тяжелая самоходно-артиллерийская установка СУ-14, созданная на базе советского тяжелого танка Т-35:
вес — 50 т; скорость—27 км!час; броня — 20 — 30 мм; экипаж — 8 человек
самоходно-артиллерийские установки, будучи средством артиллерийского сопровождения наземных войск, прошли почти всю войну вместе с танками и являлись благодаря своей высокой маневренности и защищенности органической частью бро
Рнс. 59. Советская самоходно-артиллерийская установка СУ-122
Рис. 60. Советская самоходно-артиллерийская ус1ановка СУ-152
нетанковых и механизированных войск. Отечественные самоходно - артиллерийские установки зарекомендовали себя на войне так же блестяще, как и советские танки.
Летом 1943 г. немцы сосредоточили под Орлом и Белгородом огромные силы: 3000 новых и модернизированных танков, 6000 орудий, 2000 самолетов — и начали
наступление с тем, чтобы, прорвав оборону Советской Армии, срезать Курский выступ, окружить и уничтожить сосредоточенные там советские войска, а затем двинуть свои войска вглубь страны (рис. 61).
Это наступление закончилось поражением немецко-фашистских войск. «Наступление, — говорил И. В. Сталин, — окончилось, как известно, провалом. Красная Армия не только отбила наступление немцев, но сама перешла в наступление и рядом последовательных
Рис. 61. Крупные танковые силы, сосредоточенные Советской Армией в районе курского плацдарма, образовали мощный стальной барьер, о который разбились волны немецкого наступления
ударов в течение летнего периода отбросила немецко-фашистские войска за Днепр.
Если битва под Сталинградом предвещала закат немецко-фашистской армии, то битва под Курском поставила её перед катастрофой»1.
Советские войска, сосредоточенные в районе Курска, дали отпор немецким полчищам. Большую роль сыграли в Курской битве наши танкисты. Действуя из засад, нанося контрудары, советские танки, тесно взаимодействуя с другими родами войск, образовали мощный стальной барьер, о который разбивались волны немецкого наступления. Советские танки показали, что они являются не только могучим наступательным, но и могучим оборонительным средством.
Происходившее во время Курской битвы встречное сражение в районе Прохоровки, в котором с обеих сторон участвовало до 1500 танков, еще раз показало превосходство советских бронетанковых и механизированных войск и советских танков над немецкими танковыми войсками и танками, в том числе и новыми.
К концу 1943 г. советские танкостроители в исключительно короткий срок наладили производство мощного тяжелого танка ИС (рис. 62), который начал поступать на вооружение Советской Армии в начале 1944 г. Этот танк значительно превосходил немецкие танки «Тигр» и самоходно-артиллерийские установки «Фердинанд».
Появление нового советского тяжелого танка на фронте было совершенно неожиданным для гитлеровских войск. Испытав на себе силу ударов этих танков, немецкое командование вынуждено было срочно издать приказ своим танковым войскам, в котором предписывалось избегать встречных боев с танками ИС и открывать огонь по ним только из засад и укрытий.
Танки ИС продемонстрировали значительно возросшее превосходство советского танкостроения над танкостроением капиталистических стран.
После победы под Курском Советская Армия, перейдя в решительное контрнаступление на орловском и белгородско-харьковском направлениях, разгромила крупные группировки врага, а затем в решительном наступлении выиграла битву за Днепр.
В достижении этих выдающихся побед важная роль принадлежала бронетанковым и механизированным войскам, которые обеспечили высокий темп наступления и преследования немецко-фашистских захватчиков, смело выходили на пути отхода главных сил врага, наносили сильные удары, с хода форсировали Днепр и захватили плацдармы на его западном берегу.
В третьем периоде Великой Отечественной войны, в 1944 г., Советская Армия, нанесшая по врагу десять сокрушительных ударов, изгнала из пределов СССР фашистских захватчиков и вывела из войны союзников гитлеровской Германии: Румынию, Болгарию, Финляндию и Венгрию. В операциях этого периода враг понес невосполнимые потери под Ленинградом, на правобережной Украине, в Крыму, Белоруссии, в Молдавии, Прибалтике и Венгрии. Военные действия были перенесены на территорию врага.
В выдающихся операциях Советской Армии на окружение и полный разгром противника, таких, как Корсунь-Шевченковская, Минская, Ясско-Кишиневская и др., танковые и механизированные войска осуществляли смелый маневр на окружение гитлеровских соединений. В Корсунь-Шевченковской операции войска Советской Армии в условиях весенней
1 И. В. Сталин, О Великой Отечественной войне Советскою Союза, изд. 5-е, стр. 113—114.
Рис. 62. Танк ИС — самый мощный танк второй мировой и Великой Отечественной войны
распутицы осуществили классический маневр на окружение, захлопнув в «мешке» 10 немецких дивизий (рис. 63).
Умело и смело маневрируя, перерезая коммуникации врага, окружая и дробя его войска, уничтожая и захватывая живую силу и технику противника, советские танкисты прорывались в глубину обороны гитлеровцев, громили их подходящие резервы, преграждали пути отхода противника на новые оборонительные рубежи, создавая условия для полного его уничтожения.
При преследовании отходящего противника бронетанковые и механизированные войска с хода форсировали крупнейшие водные преграды» такие, как Днепр, Днестр, Западный Буг, Висла.
В мощных ударах Советской Армии по гитлеровским войскам — на юге и на севере, в Белоруссии и на Украине, за рубежами Советского Союза — советские танки сыграли выдающуюся роль.
В последнем, четвертом периоде войны — периоде завершающих побед Советской Армии над гитлеровской Германией — советские войска окончательно сломили ожесточенное сопротивление немецко-фашистских войск.
Танковые и механизированные войска Советской Армии в важнейших сражениях этого периода сыграли крупную роль. Они в тесном взаимодействии с пехотой и артиллерией при поддержке нашей мощной авиации прорывали долговременные укрепления в Восточной Пруссии, на южном крыле советско-германского фронта и на центральном направлении, крупными танковыми массами развивали прорыв, смело и решительно раскалывали на части группировки гитлеровских войск, осуществляли смелые маневры на окружение и уничтожение противника.
Так, в Берлинском сражении, начавшемся 16 апреля 1945 г., участвовало 6300 танков. Берлин пал 2 мая 1945 г. (рис. 64).
После Берлинской операции по приказу Верховного Главнокомандования крупные танковые соединения в стремительном темпе с боями продвинулись от Берлина до Праги и освободили столицу Чехословакии.
В конце 1944 г. немцы выпускают новый тяжелый танк TVI-Б «Ко ролевский тигр». По боевым и техническим показателям «Королевский тигр» намного уступал советскому танку ИС. Немецкая танковая промышленность, расстроенная войной, уже не могла наладить массовое производство этих танков. Выпущенный небольшой серией, «Королевский тигр» не сыграл сколько-нибудь заметной роли в боях.
К концу войны немцы построили образцы 180-тонного «всепоражаю-шего» танка «Мышонок». Обломки этого танка были найдены советскими бойцами недалеко от Берлина (рис. 65).
Советские танки на всем протяжении войны сохранили качественное превосходство над танками противника.
«Если не считать первого года войны,— говорил И. В. Сталин в речи от 9 февраля 1946 г.,—когда эвакуация промышленности на восток затормозила дело разворота военного производства, то в течение остальных трёх лет войны партия сумела добиться таких успехов, которые дали ей возможность не только снабжать фронт в достаточном количестве артиллерией, пулемётами, винтовками, самолётами, танками, боеприпасами, но и накоплять резервы. При этом известно, что наше вооружение по качеству не только не уступало немецкому, но в общем даже превосходило его.
Известно, что наша танковая промышленность в течение последних трёх лет войны производила ежегодно в среднем более 30 тысяч танков, самоходов и бронемашин».
Рис. ГЗ. В районе Корсунь-Шевченковский войска Советской Армии осуществили классический маневр на окружение, захлопнув в „мешке“ 10 немецких дивизий
Рис. 64. Тысячи советских танков участвовали в штурме Берлина.
2 мая 1945 г. Берлин пал. Через шесть дней Германия капитулировала
Рис. 65. Обломки сверхтяжелого немецкого танка „Мышонок"
АНГЛО-АМЕРИКАНСКОЕ ТАНКОСТРОЕНИЕ В ПЕРИОД ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ
Ко второй мировой войне английское танкостроение пришло с пехотными танками МК-П («Матильда») и МК-П1 («Валентайн»),
В 1941 г. англичане создали еще один пехотный танк — MK-IV («Черчилль»), который показан на рис. 66. Вначале на танке была установлена 40-жж пушка, впоследствии замененная 57-жж пушкой (позже, модернизируя танк, англичане устанавливают на нем 75-жж пушку).
Танк MK-IV, подобно танку МК-П, имел фальшборты, вследствие чего гусеницы часто заклинивались.
Рис. 66. Английский „пехотный* тяжелый танк MK-IV (1941 г.):
вес — 40 т; вооружение — одна 57-мм пушка и три пулемета; наибольшая скорость — 28 км/час; броня: борт — 77 мм; лоб —
87—175 мм; башня — 87 мм; экипаж — 5 человек
Несмотря на непрерывную модернизацию, англичане так и не сумели коренным образом улучшить боевые качества своих танков. С 1943 г. английские танковые части оснащаются американскими танками М4-А2
Рис. 67. Английский средний танк „Кромвелл* (1943 г.):
вес — 28 т; вооружение — одна 75-мм пушка и два пулемета; наибольшая расчетная скорость — 52 км/час; броня: борт — 45 мм; лоб — 57— 67 мм; башня — 60 — 80 мм; экипаж — 5 человек
(«Генерал Шерман»), которые и использовались до конца войны. Разрабатывая новые конструкции танков, англичане отказываются от своих «пехотных» танков и, используя достижения Советского Союза, создают новые танки.
Примерно в 1943 г. англичане выпускают танк «Кромвелл» (рис. 67) и несколько позже танк «Комета» (рис. 68).
Танки «Кромвелл» и «Комета» были выпущены небольшими сериями, и никакой роли в войне они не сыграли.
Рис. 68. Английский средний танк „Комета “ (1944— 1945 гг.):
вес — 33 т; вооружение — одна 77-мм пушка и четыре пулемета; наибольшая скорость — 48 км/час: броня: борт — 30 — 50 мм; лоб — 60 — 75 мм; башня — 60 —100 мм; экипаж —
5 человек
Американцы в самом начале войны отказались от своего среднего танка М-Зс (с пушкой главного калибра в боковой полубашне) и приняли на вооружение новый средний танк М4-А2 с пушкой во вращающейся башне.
На боевой характеристике этого танка сильно отразилось влияние советского среднего танка, однако в целом американский танк уступал советскому по своим боевым показателям. Удельная мощность танка
Рис. 69. Американский танк М-24 (1944—1945 гг.): вес — 18 т; вооружение — одна 75-мм пушка и четыре пулемета; наибольшая скорость — 55 км/час; броня (борт и лоб) — 25 мм: экипаж — 5 человек
М4-А2 примерно на 20% ниже удельной мощности советского танка, толщина брони меньше, удельное давление гусениц на грунт больше, вооружение слабее (оно было усилено лишь впоследствии).
В конце войны американцы выпустили средний танк М-26 и легкий танк М-24 (рис. 69). Как и англичане, американцы отказались в новых
образцах от балансирной подвески и перешли к независимой, давно применяющейся в советских танках.
Американцы не успели использовать в большом количестве танки М-26 и М-24 в войне. Основной машиной на вооружении американской армии оставался до конца второй мировой войны средний танк М4-А2.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы вкратце рассмотрели историю развития танков за три десятилетия их существования.
Из всего сказанного очевидно, что только советское танкостроение смогло создать тип танка, отвечающий требованиям современной войны, и только передовая советская военная наука нашла правильные способы боевого применения танков и их взаимодействия с другими родами войск.
Одним из наиболее ярких показателей советского танкостроения явилось качественное превосходство советских танков над танками всех без исключения капиталистических стран. Средний советский танк завоевал себе славу классического танка второй мировой войны.
Своими успехами советское танкостроение обязано Коммунистической партии Советского Союза и Советскому правительству, которые при помощи индустриализации страны и коллективизации сельского хозяйства обеспечили в короткий срок материальные возможности для победы Советских Вооруженных Сил в Великой Отечественной войне.
«Социалистические преобразования, осуществлённые советским народом под руководством большевистской партии, — говорил в докладе о 30-летии Советских Вооруженных Сил Маршал Советского Союза товарищ Булганин, — создали материально-техническую основу побед наших Вооружённых Сил в Великой Отечественной войне. Армия и Флот получали во всё возрастающих размерах первоклассную боевую технику, вооружение и снаряжение. Благодаря этому достигли огромного развития все роды войск, особенно артиллерия, авиация и бронетанковые войска, сыгравшие вместе с нашей героической пехотой решающую роль в деле разгрома немецкой военной машины».
Плановая экономика Советского государства позволила планировать и развитие военной техники. Общенародные, государственные интересы определяют в нашей стране интересы отдельных предприятий.
Советское танкостроение опиралось на обобщенный опыт, на единую научно-исследовательскую базу танковой техники. Все достижения передовой советской науки являлись достоянием всей танковой промышленности Советского Союза.
Важнейшим условием выдающихся достижений советского танкостроения был правильный выбор типа танка и определение его боевых показателей. В этом наглядно сказалось превосходство передовой советской военной науки над буржуазной, так и не сумевшей правильно найти место танков в современной войне, а значит, и сформулировать требования к ним.
Драгоценные качества советских людей — чувство нового, умение не останавливаться на достигнутом, творческая критика и самокритика — помогли советским танкостроителям непрерывно совершенствовать свои машины.
В годы Великой Отечественной войны советские конструкторы выезжали на фронт, видели свои танки в бою, вносили затем в них необходимые изменения. Советские солдаты и офицеры-танкисты, поддерживая тесную связь с заводами, критиковали их работу, отмечая недостатки танков и часто подсказывая пути устранения этих недостатков. Опыт войны не только ставил перед конструкторами новые задачи, но и помогал находить пути их решения.
Животворный советский патриотизм воодушевлял многотысячную армию советских танкостроителей на великие трудовые подвиги, позволившие обеспечить нашу армию необходимым количеством превосходных боевых машин.
Советская военная наука определила формы боевого применения танков, исходя из их возможностей и правильного взаимодействия с другими родами войск. «Задача военного искусства,— указывал И. В. Сталин,— состоит в том, чтобы обеспечить за собой все роды войск, довести их до совершенства и умело сочетать их действия».
Организационным выражением новых форм применения танков было создание мощных танковых и механизированных соединений, главным ударным средством которых являлись танки.
Маневренность советских танков, позволяющая им действовать на глубину в сотни километров, без значительных перерывов, днем и ночью, в любое время года и в самых различных условиях местности, использовалась Советской Армией как в непосредственном взаимодействии танков с другими родами войск, так и в самостоятельных танковых операциях.
История войн не знает операций, которые по размаху и темпу могли бы сравниться с операциями Советской Армии.
Наполеоновские армии в походе на Москву шли со средней скоростью около 10 км в день. Через 100 лет, в 1914 г., немцы, «стремительно» наступая на Париж, также двигались со скоростью не более 10 км в день. За целый век темп боевых операций не изменился. После того как первая мировая война приняла позиционный характер, даже в наиболее успешных операциях темп продвижения не превышал 1—2 км в день при глубине обороны около 100 км.
В Великой Отечественной войне Советская Армия показала совершенно иные темпы наступательных операций. Летом 1944 г. в лесисто-болотистой местности Белоруссии, зимой 1945 г. в Польше при чрезвычайно неблагоприятной погоде, в ожесточенных сражениях с упорно сопротивляющимся противником Советская Армия продвигалась вперед со скоростью в среднем 20—25 км в день на глубину до 500 км. В отдельных операциях темп продвижения достигал 60—80 км, а иногда, например в Маньчжурии, 100 и больше км в день.
Стремительные действия танковых масс в сочетании с их ударной силой создали совершенно новые возможности для ведения наступательных операций.
Задача всякой наступательной операции — разгром и уничтожение неприятельских войск. Первая часть такой операции — прорыв обороны — выполняется совместными согласованными ударами пехоты, артиллерии, авиации, танков и других родов войск. Развитие прорыва, окружение и дробление неприятельских войск осуществляют танки, мотопехота и самоходная артиллерия при поддержке авиации. Танковые и механизированные соединения, используя высокую подвижность и мощную ударную силу, стремительно развивают прорыв, окружают врага и во взаимодействии с другими родами войск уничтожают его*
Вероломно нападая на Советский Союз, гитлеровские стратеги рассчитывали с помощью своих танковых соединений «молниеносно» окружить и уничтожить главные силы Советской Армии. Этот расчет провалился. Задача окружения и уничтожения крупных сил противника оказалась немцам не по плечу.
Эта задача в условиях современной войны была впервые решена Советской Армией. В ходе войны Советская Армия осуществила ряд блестящих операций на окружение, разгром и полное уничтожение врага. В этих операциях участвовали все рода войск.
В годы, предшествовавшие второй мировой войне, роль танков была предметом оживленных споров в буржуазной военной литературе. Одни отрицали их значение, считая появление танков случайным эпизодом войны, другие, наоборот, преувеличивая их роль, доказывали, что танкам предстоит быть чуть ли не единственным оружием будущих механизированных войн.
Победоносная борьба Советской Армии, сумевшей использовать все виды современного оружия, показала, что никакое, хотя бы и весьма мощное, оружие не способно одно решить исход войны. Успех достигается только во взаимодействии всех родов войск, обеспечивающем правильное использование боевых свойств каждого оружия в отдельности.
В то же время опыт Великой Отечественной войны показал, что советские танки, обладающие отличными боевыми свойствами, при правильном взаимодействии с другими родами войск являются грозным оружием.
Через украинские степи, леса Белоруссии и Литвы, болота Восточной Пруссии, горные перевалы Карпат и Большого Хингана победоносно прошли советские танки. Советские танкисты показали беспримерное мужество и с честью выполнили свой долг перед Родиной.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТАНКА
Танк — это боевая гусеничная машина, обладающая броневой защитой, огневой мощью и высокой маневренностью, обеспечиваемой подвижностью, поворотливостью и проходимостью танка вне дорог. Для каждого этапа развития танкостроения существует определенное наиболее целесообразное сочетание этих боевых свойств, зависящее от уровня танковой техники, в частности конструкторской мысли, от развития средств противотанковой борьбы, целей и способов боевого применения танков. Если такое целесообразное сочетание боевых свойств нарушается, танк делается неполноценным. Так, например, высокие скорости отдельных немецких и американских танков второй мировой войны не могли возместить слабость их брони и вооружения и низкую проходимость.
Танк представляет собой сложную машину, состоящую из десятков механизмов и устройств, которые, в свою очередь, .собираются из большого числа деталей. На различных танках эти механизмы и устройства могут весьма сильно различаться. Механизмов, встречающихся на одних танках, может не быть на других. Однако общность назначения и основных требований, предъявляемых ко всем танкам, определяет и общие черты в их устройстве. В частности, любой танк может быть разделен на ряд частей. Каждая из этих частей, как бы ни были различны входящие в нее механизмы и устройства, имеется на всяком танке.
Части эти следующие: броневой корпус с башней, вооружение, моторная установка, трансмиссия (силовая передача), ходовая часть, вспомогательное оборудование (приборы наблюдения, средства связи, противопожарное оборудование и т. д.).
Вторая мировая война показала, что наиболее целесообразное сочетание боевых свойств танков было достигнуто советским танкостроением.
Для танкостроения капиталистических стран в эти годы характерно стремление улучшить свою отсталую танковую технику и догнать советское танкостроение. Лишь те иностранные танки, которые по сочетанию боевых свойств приближались к советским танкам (полностью достичь такого сочетания не удалось ни одной стране), смогли удержаться на полях сражений более или менее длительное время.
Устройство каждой из частей, составляющих танк, и механизмов, входящих в эти части, в конечном счете определяется теми боевыми свойствами, которые данная часть или механизм обеспечивает. Конечно, между свойствами нельзя провести резкой границы — они тесно связаны и взаимообусловлены. Например, чем танк маневреннее, тем он менее поражаем и тем выше его огневая мощь (при равной броне и вооружении). Танк с большей огневой мощью труднее поразить хотя бы потому, что стрелять по нему приходится, как правило, с большой дистанции. Повышение огневой мощи и улучшение броневой защиты в известной мере обеспечивают увеличение свободы действий танка на местности.
Однако каждое из основных боевых свойств танка обеспечивается преимущественно тем или иным из его узлов: броневая защита — толщиной брони корпуса и башни, их формой и размерами; огневая мощь — в основном вооружением; маневренность — моторной установкой, трансмиссией и ходовой частью. При этом моторная установка и трансмиссия определяют главным образом подвижность и поворотливость, а ходовая часть — проходимость танка; подчеркивая это обстоятельство, определяют танк именно как боевую гусеничную машину, поскольку именно гусеничный движитель дает современному танку ту высокую проходимость, которая отличает его от колесных боевых машин (бронеавтомобилей).
Итак, с одной стороны, боевые свойства определяют устройство узлов и механизмов танка, а с другой — то или иное устройство механизмов обеспечивает или, наоборот, ограничивает боевые свойства. Так„ невысокие требования к подвижности первых танков обусловили применение на них жесткой подвески. Но жесткая подвеска ограничивала скорость танков. Чтобы повысить подвижность, потребовалось заменить жесткую подвеску мягкой (рессорной) подвеской.
Изучение принципов действия механизмов танка наиболее целесообразно вести, исходя из основных боевых свойств танка. Только зная требования, вытекающие из этих свойств, можно объяснить пути развития и многообразие механизмов танков, а также сравнить и правильно оценить механизмы различных типов.
Поэтому принципы устройства и действия механизмов танка рассматриваются в последующих главах в неразрывной связи с теми боевыми свойствами, которые они по преимуществу обеспечивают. Но такое рассмотрение должно опираться на знание устройства танка и его агрегатов хотя бы в общих чертах и в наиболее простом виде. В настоящей главе и рассказывается, как устроены и размещены в танке его основные механизмы. Исключение сделано лишь для двигателя и электрооборудования. Описание их изложено в отдельных главах, так как необходимо предварительно рассмотреть основы их действия.
Предварительное знакомство с устройством наиболее простых механизмов позволяет в дальнейшем ограничиться рассмотрением и сравнением принципиальных схем и тех усовершенствований, которые направлены на улучшение боевых свойств танков.
На рис. 70 показано внутреннее устройство танка.
OQ
w
Рис. 70. Внутреннее устройство танка
БРОНЕВОЙ КОРПУС, БАШНЯ И ВООРУЖЕНИЕ ТАНКА
БРОНЕВОЙ КОРПУС
Броневой корпус танка представляет собой жесткую коробку, состоящую из соединенных между собой листов броневой стали. Отдельные части (узлы) корпуса иногда отливаются из броневой стали, что
позволяет придать корпусу более плавные очертания и рациональную форму. Кроме того, литье упрощает технологию изготовления корпуса.
Броневой корпус (вместе с башней) должен обеспечить удобное размещение экипажа танка, вооружения, механизмов и устройств и их надежную защиту от поражения снарядами заданного калибра при стрельбе с заданных дистанций. Устройство корпуса должно обеспечивать доступ к агрегатам танка при эксплуатации и ремонте их, а также возможность замены отдельных агрегатов. В броневом корпусе делают отверстия (люки) для входа и выхода экипажа, для наблюдения, для прохода воздуха, питающего и охлаждающего двигатель, а также для обслуживания танка.
На рис. 71 показан корпус танка, форма которого признана классической. Характерным для этого корпуса является, прежде всего, большой наклон верхнего и несколько меньший нижнего лобовых листов. Наклон листов обеспе
чивает хорошую снарядостойкость и большую жесткость передней части корпуса, больше других подвергающейся обстрелу. Верхняя часть корпуса расширена и нависает над гусеницами, причем верхние бортовые листы также наклонены. Наклонно расположены и броневые листы кор-' мовой части. Таким образом, не наклонно расположены лишь нижние бортовые листы, благодаря чему не суживается корпус.
На рис. 72 схематически показаны поперечные сечения корпусов танков. Наиболее прост, но и наиболее уязвим корпус с прямыми бортами (рис. 72, Л). У корпуса с наклонными верхними и нижними бортовыми листами (рис. 72, Б) уязвимость гораздо ниже, но при этом меньше
Рис. 72. Различные формы поперечных сечений корпусов
полезный объем корпуса и основание башни. Этими недостатками не обладает корпус, изображенный на схеме 72, Г, но высота такого корпуса, в отличие от других, не может быть уменьшена, как это ясно из схемы.
Рис. 73. Корпус танка с литыми узлами
Для облегчения и одновременно для увеличения жесткости применялся корпус, форма поперечного сечения которого показана на схеме 72, В. Здесь толстые вертикальные бортовые листы в нижней части соединены с тонкими наклонными листами, приваренными к днищу.
На рис. 73 показан корпус танка, в котором многие листы корпуса ' заменены литыми узлами.
БРОНЕВАЯ БАШНЯ. ВООРУЖЕНИЕ
В броневой башне, установленной на крыше корпуса, размещается основное вооружение танка. Обычно оно состоит из пушки, спаренной с пулеметом. Пушка и пулемет установлены в вырезе (амбразуре) башни на цапфах (см. рис. 70). Такая установка позволяет придавать спаренной
Рис. 74. Цилиндрические броневые башни
установке различные углы наклона, т. е. производить вертикальную наводку оружия. Горизонтальная наводка производится поворотом башни, установленной для этой цели на шариковой опоре.
В башне находятся командир танка и члены экипажа, обслуживающие спаренную установку.
Форма и устройство башни должны быть такими, чтобы обеспечивалась защита находящихся в ней членов экипажа и вооружения и были
Рис. 75. Полуцилиндрическая броневая башня
Рис. 76. Коническая броневая башня
созданы условия для ведения прицельного огня (удобство наблюдения, наводки, заряжания). Для удобства работы башня должна быть достаточно просторной, а для надежности защиты требуется уменьшить размеры башни, особенно ее высоту, и ее стенки делать наклонными, что также приводит к сокращению внутреннего объема башни. Таким образом, два основных требования к башне в известной мере противоречат одно другому.
На рис. 74—76 показаны применявшиеся на танках башни сварной конструкции: цилиндрическая, полуцилиндрическая и коническая. Башня конической формы наименее уязвима, но наиболее трудна в изготовлении, особенно при большой толщине брони.
Значительный шаг вперед был сделан советскими танкостроителями, впервые применившими на средних и тяжелых танках литые башни.
Рис. 77. Литая броневая башня
Литой башне легко придать наиболее выгодную (с точки зрения неуязвимости) форму: коническую, овально-коническую, а также промежуточную между сферической (шаровой) и конической (рис. 77). Литье исключает резкие переходы, неизбежные при соединении листов, что уменьшает вес металла башни. Наконец, в литых башнях можно плавно
изменять толщину брони в различных сечениях, что позволяет достигнуть
лучшей снарядостойкости башни, не увеличивая ее веса.
В башне любой формы имеются, кроме выреза (амбразуры) для установки вооружения, люки-лазы в крыше, закрываемые крышками. Иногда эти крышки делают вращающимися вместе со специальным погоном (кольцом), на котором устанавливают зенитный пулемет. Крышки люков часто используют для размещения в них приборов наблюдения (см. рис. 74—77).
Для членов экипажа» находящихся в башне» устроены сиденья. Чтобы экипажу было удобнее работать, в боевом отделении иногда делают пол, вращающийся вместе с башней (рис. 78).
КОМПОНОВКА. РАСПОЛОЖЕНИЕ ТРАНСМИССИИ
Компоновка, т. е. размещение главных узлов танка, определяется рядом условий, среди которых важное место имеет расположение основного вооружения. На всех современных танках основное вооружение находится в одной вращающейся башне, расположенной примерно посередине танка. Компоновка различается в зависимости от того, где устанавливается трансмиссия танка.
Трансмиссия может быть размещена либо в кормовой, либо в носовой части танка (рис. 79, 80 и 81). Расположение трансмиссии в кормовой части (так называемое заднее расположение) характерно для советских танков. Расположение трансмиссии в носовой части (так называемое переднее расположение) применялось на некоторых ранних образцах советских танков и на танках других стран.
Боковое расположение двигателя и трансмиссии, при .котором башня смещена в сторону, применялось на советских легких танках Т-38, Т-40, Т-60, Т-70 (см. главу II).
Соответственно расположению трансмиссии ведущие колеса танка могут находиться спереди или сзади. Существенного влияния на работу гусеничного движителя положение ведущих колес не оказывает.
Рассмотрим особенности компоновки танка при различном расположении трансмиссии.
Рис. 79. Переднее расположение трансмиссии
Если механизмы трансмиссии находятся в носовой части танка (см. рис. 79), обычно называемой отделением управления, то они связаны с двигателем, установленным в кормовой части (© моторном отделении), длинным карданным валом. Этот вал проходит через среднюю часть тайка (боевое отделение), над которым установлена башня.
Рис. 80. Устройство кормовой части корпуса
В этом случае пол боевого отделения (или вращающийся пол башни)' приходится располагать над карданным валом, вследствие чего увеличивается общая высота танка. Когда механизмы трансмиссии размеща
ются в носовой части, носовые листы корпуса труднее расположить с достаточно большим наклоном, а сиденье механика-водителя приходится относить назад, что ухудшает условия наблюдения из танка.
Кроме того, при переднем расположении трансмиссии возникают значительные трудности в случае замены агрегатов, так как лобовые листы, имеющие значительную толщину, почти невозможно сделать съемными. Соединение их на болтах или установка съемных крышек чрезвычайно нежелательны ввиду того, что это снижает снарядостой-кость корпуса.
Если трансмиссия расположена в кормовой части танка (см. рис. 81), этих недостатков нет. Правда, при таком расположении возникает необходимость иметь в кормовой части корпуса специальное отделение — трансмиссионное, в силу чего должны быть несколько сокращены (чтобы не увеличивать длину корпуса) другие отделения, в частности боевое. Но существенного значения это не имеет, особенно если учесть возможное уменьшение отделения управления, свободного от механизмов трансмиссии. При заднем расположении трансмиссии легче заменять агрегаты, так как тонкий кормовой лист крыши танка легко сделать съемным, а верхний наклонный кормовой лист — откидным, на петлях (рис. 80).
<о
ведущее колесо
Сервопружина, облегчающая выключение бортового фрикциона
Рычаг
переключения
онами
и тормозами
Рис. 81. Заднее расположение трансмиссии
Тормоз и бортовой фрикцион
Вертикальные валики ^коробки передач с тягами
передач
Кулиса
Двигатель
Педаль подачи горючего Педаль тормоза
Рычаги управления бортовыми фрикци-
коническая передача ~
Главный фрикцион с вентилятором Коробка передач
Бортовой фрикцион
Бортовая передача
ОТДЕЛЕНИЯ КОРПУСА
Остановимся подробнее на отделениях корпуса и расположении в нем агрегатов танка при заднем расположении трансмиссии. В этом случае корпус делится на четыре отделения: отделение управления, боевое, моторное и трансмиссионное отделения.
В отделении управления (рис. 82) находится механик-водитель. Здесь же размещены рычаги и педали, посредством которых механик-водитель управляет механизмами танка, а также контрольные приборы для наблюдения за работой двигателя и других механизмов.
В верхнем лобовом листе или в крыше корпуса над отделением управления сделан люк для механика-водителя. Люк плотно закрывается запирающейся изнутри броневой крышкой (рис. 83). Если люк находится в крыше корпуса, крышку люка иногда делают отодвигающейся, а сиденье механика-водителя — регулируемым по высоте. Тогда для улучшения наблюдения во время марша механик-водитель может поднять сиденье так, чтобы можно было наблюдать прямо из люка танка (рис. 84). В отделении управления могут устанавливаться один-два пулемета. Их обслуживает специальный стрелок или механик-водитель. В последнем случае пулеметы закреплены наглухо, и стрельба из них ведется в направлении движения танка. Установленные таким образом пулеметы называют курсовыми. Спусковые устройства курсовых пулеметов размещают на рычагах управления танком.
Непосредственно за отделением управления находится боевое отделение (рис. 85), не отгороженное от отделения управления.
В крыше боевого отделения (подбашенном листе) делается круглый вырез, над которым располагается башня танка. Стенки корпуса,, а иногда и днище в боевом отделении используются для размещения боеприпасов для пушки и пулемета.
Моторное отделение (рис. 86), находящееся за боевым отделением и отделенное от него перегородкой (обычно съемной), предназначено в основном для размещения двигателя и связанных с ним устройств, образующих моторную установку. Некоторые из этих устройств, например часть топливных баков, из-за недостатка места могут быть вынесены в другие отделения корпуса.
Крыша моторного отделения обычно делается съемной, чтобы обеспечить доступ к двигателю. В этой крыше могут быть прорезаны люки со съемными или откидными крышками для доступа к отдельным агрегатам. Кроме того, над пробками топливных и масляных баков и водяного радиатора в броне делаются закрывающиеся заправочные отверстия. Такие же отверстия сделаны в днище под сливными пробками; кроме того, в днище могут быть и люки для доступа к механизмам.
Большое значение имеют проходы для воздуха, охлаждающего двигатель (воздухопритоки). Их делают так, чтобы, во-первых, сопротивление движению воздуха было наименьшим, чтобы, во-вторых, механизмы танка не могли быть повреждены пулями и осколками снарядов, чтобы, в-третьих, возможно меньшей была опасность засасывания через них горючих жидкостей в случае применения противником зажигательных бутылок и т. д. В связи с этим каналам для прохода воздуха придают извилистую форму, располагая на поворотах каналов броневые пластины, защищающие внутреннюю часть танка. Для регулирования количества поступающего в танк воздуха служат броневые заслонки — жалюзи.
На рис. 87 показан путь движения охлаждающего воздуха в танке.
Значительно проще осуществляются подвод и отвод воздуха в том случае, когда радиаторы, в которых охлаждается вода, расположены 92
Щиток к прибора^ Выключатель массы
Перископические приборы наблюдения
Броневая к/ смотрового
Сиденье механика-водителя---------
- 0
Рычаги управления
Рис. 82. Общий вид отделения управления танка
Баллоны для сжатого воздуха
Педаль подачи горючего
Педаль выключения
главного фрикциона
горючего
Рычаг ручного . привода подачи
Рис. 83. Броневая крышка люка механика-водителя
в отдельных отсеках, изолированных от остальной части корпуса (рис. 88). При этом уменьшается путь охлаждающего воздуха, снижается сопротивление его движению, более надежно защищаются механизмы, кроме того, на механизмы, расположенные внутри корпуса,
Рис. 84. Люк механика-водителя в горизонтальном листе крыши корпуса
Перископический смотровой 'прибор
Броневая башня
Телескопический прицел
Спаренный пулемет
Гильзы для снарядов Пулеметные магазины
Пушка
Рис. 85. Общий вид боевого отделения танка
Крышка люка башни _ Снаряды Хвостовой пулемёт
Командирская башенка
- Антенна
Перископические смотровые
Вентилятор
Радиостанция о
Вид на внутреннюю левую часть башни
Сиденье командира танка/не походное
Сиденье заряжающего положение / Подъемный механизм пушки
Поворотный механизм башни
Ящики с гильзами для снарядов
Сиденье командира орудия
О1
С0 CD
Рис. 86. Общий вид моторного отделения танка
Водяной радиатор
Воздушный карман корпуса
Моторная перегородка
ял п Воздухоприток
^Масляный радиатор \/ г Сетка засоса
Вентилятор
Рис. 87. Путь охлаждающего воздуха в танке
Маховичок
I регулировки • жалюзи
Рис. 88. Схема установки радиаторов в специальных отсеках корпуса танка
попадает гораздо меньше пыли. Если радиаторы находятся в отсеках, менее вероятно возникновение пожара от горючих жидкостей, засасываемых в корпус вместе с воздухом. Однако при таком расположении радиаторов приходится выносить в отсеки и вентиляторы, засасывающие воздух. Вследствие этого значительно усложняется привод, передающий вращение от двигателя к вентиляторам.
Последнее отделение корпуса — трансмиссионное (рис. 89). В нем расположены механизмы, связывающие двигатель с ведущими колесами танка. Для доступа к механизмам трансмиссии при осмотре, смазке и регулировке в трансмиссионном отделении корпуса делаются люки; верхний кормовой лист может откидываться на петлях, как это показано на рис. 80.
Рис. 89. Общий рид трансмиссионного отделения танка
ЗАЩИТА ХОДОВОЙ ЧАСТИ
Экипаж, механизмы и вооружение танка защищены броней корпуса и башни. Но ходовая часть, расположенная в основном снаружи танка, не защищена; нижнюю ветвь гусеницы, лежащую на земле, вообще невозможно защитить. Речь может идти лишь о защите верхней ветви гусеницы, катков и подвески. На большинстве танков наиболее важные детали подвески находятся внутри корпуса, благодаря чему значительно уменьшена уязвимость ходовой части. Иногда с целью защиты ходовой части применялись фальшборты — броневые листы, закрывающие ходовую часть снаружи.
Фальшборты могут служить также экранами, защищающими танк от кумулятивных и подкалиберных снарядов (см. ниже, глава VI). Однако фальшборты затрудняют замену вышедших из строя деталей ходовой части. В промежутки между фальшбортами и броневым корпусом набивается грязь, снег, попадают камни, вследствие чего катки и гусеница могут заклиниться; гусеница может заклиниться и в том случае, если фальшборт будет пробит и отогнется внутрь. Поэтому фальшборты применялись редко.
МОТОРНАЯ УСТАНОВКА И ТРАНСМИССИЯ
Моторная установка и трансмиссия, объединяемые иногда под общим названием моторно-трансмиссионной группы, предназначаются для получения и передачи на ведущие колеса танка мощности, необходимой для его движения.
МОТОРНАЯ УСТАНОВКА
Моторная установка состоит из двигателя и обслуживающих его вспомогательных механизмов и устройств.
На танках применяется двигатель внутреннего сгорания. Он преобразует в механическую работу тепловую энергию, которая выделяется' при сгорании топлива в цилиндрах двигателя.
По способу образования и воспламенения горючей смеси, т. е. смеси горючего с воздухом, различают два основных типа двигателей4 внутреннего сгорания: карбюраторные и двигатели с воспламенением! от сжатия, или дизели.
В карбюраторных двигателях горючая смесь образуется вне цилиндров двигателя и воспламеняется электрической искрой. В дизелях, горючая смесь образуется в самих цилиндрах и воспламеняется вследствие высокой температуры сжатого воздуха.
На советских танках еще до второй мировой войны начали устанавливать дизели. На большинстве танков капиталистических стран,, несмотря на бесспорное превосходство дизеля, до и во время войны устанавливали карбюраторные двигатели.
Устройство обоих двигателей в основном сходно. Подробно оно* рассматривается в главе IV.
Большая мощность танковых двигателей, доходящая до 600— 700 л. с., определяет их значительные размеры. Поэтому двигатель и обслуживающие его устройства (топливные и масляные баки, радиаторы, вентиляторы и др.) занимают значительную часть объема танка.
Двигатель обычно устанавливают посередине моторного отделения. Он опирается лапами на специальную раму, приваренную к днищу корпуса. Остальная часть моторного отделения занята агрегатами моторной установки; некоторые из них, как уже указывалось, приходится за недостатком места выносить в другие отделения корпуса.
ТРАНСМИССИЯ
Трансмиссию (группу передаточных механизмов) образуют механизмы, расположенные между двигателем и ведущими колесами танка и передающие последним мощность от двигателя. Наиболее простая по устройству трансмиссия механического типа состоит из ряда соединенных между собой шестеренчатых механизмов и фрикционных муфт — муфт трения (рис. 90). Основными механизмами такой трансмиссии являются: главный фрикцион, коническая передача, коробка передач, механизмы поворота (на рис. 90 — бортовые фрикционы с тормозами) и бортовые передачи. Некоторые из этих механизмов могут объединяться общим картером в один агрегат. Так, например, на рис. 90 коническая передача находится в картере коробки передач. В подобных случаях один и тот же вал может принадлежать одновременно двум механизмам.
Рассмотрим устройство основных механизмов трансмиссии.
ГЛАВНЫЙ ФРИКЦИОН
Главным фрикционом называется муфта трения, соединяющая двигатель с коробкой передач.
Главный фрикцион выключают для разъединения двигателя с коробкой передач на время переключения передач коробки; при трогании танка с места и после переключения передачи фрикцион плавно включают. Кроме того, главный фрикцион может быть выключен для кратковременной остановки танка при работающем двигателе и включенной передаче. Главный фрикцион предохраняет детали трансмиссии от поломок при резком изменении числа оборотов двигателя.
На танках применяются только дисковые фрикционы, в которых трение развивается между дисками, прижимаемыми друг к другу силой сжатых пружин.
На рис. 91 схематически изображено устройство главного фрикциона. В маховике двигателя просверлены отверстия, через которые свободно (с зазором) проходят пальцы. На одном конце каждого пальца закреплен отжимной, а на другом нажимной диск. На те же пальцы надеты пружины фрикциона. Упираясь в маховик, они прижимают нажимной диск к ведомому диску. Поэтому ведомый диск, связанный через ведомый вал с коробкой передач, зажимается силой пружин между нажимным диском и маховиком.
Маховик приводит во вращение отжимной и нажимной диски. Вместе с маховиком вращается и ведомый диск, зажатый между маховиком и нажимным диском.
Чтобы выключить фрикцион, надо освободить ведомый диск от воздействия пружин. Для этого служит механизм выключения, который устроен следующим образом.
На картере двигателя закреплена неподвижная чашка, а с отжимным диском через шарикоподшипник связана подвижная чашка механизма выключения так, что она, не вращаясь вместе с отжимным диском, может перемещаться с ним в продольном направлении. На обращенных друг к другу поверхностях обеих чашек сделаны фигурные канавки переменной глубины, иногда называемые «слезками». В канавках между чашками помещены шарики.
Фрикцион включен, когда шарики не зажаты между чашками, т. е. когда между шариками и фигурными канавками имеются зазоры, как показано вверху на рис. 91; если зазоров между шариками и канавками не будет, то нажимной диск не сможет прижать ведомый диск к маховику и фрикцион не будет включен.
Рис. 90. Общий вид механизмов трансмиссии и их размещение
о
Пружина алец
ная чашка. цод_
Неподвижная* чашка
Отжимной диск
вижная чашка Маховик
Фрикцион включен
ажимной диск
Ведомый диск
Шари a
надвижная чашка
Разрез по а 6 (в увеличенном мае-штабе)
Фрикцион выключен
»s
Рис. 91. Устройство однодискового главного фрикциона
Для выключения фрикциона нажимают на педаль (ом. рис. 82)» которая посредством системы взаимно связанных деталей (рычагов, тяг и т. д.), называемой приводом, поворачивает подвижную чашку. Шарики, катясь по фигурным канавкам, заставляют подвижную чашку отодвигаться от неподвижной. Подвижная чашка перемещает (по схеме вправо) отжимной диск, а вместе с ним и нажимной диск. Ведомый диск получает при этом возможность вращаться независимо от маховика или остановиться. Таким образом коробка передач разобщается с двигателем. Когда нажатие на педаль прекращается, пружины возвращают в первоначальное положение все переместившиеся при выключении детали и фрикцион снова включается.
В рассмотренном нами фрикционе имеется один ведомый диск. Такой фрикцион называется однодисковым.
На рис. 92 и 93 изображен многодисковый фрикцион, в котором имеется по нескольку ведомых и ведущих дисков. Это позволяет получить гораздо большую силу трения, чем в однодисковом фрикционе при том же нажатии пружин.
Фрикцион собирают так, что каждый из ведомых дисков находится между двумя ведущими. Как те, так и другие диски представляют собой кольца с нарезанными по их окружности зубьями. На ведущих 102
дисках зубья расположены снаружи, на ведомых — изнутри. Ведущие диски входят зубьями в продольные пазы ведущего барабана, укрепленного на носке коленчатого вала двигателя. Ведомые диски таким же образом связаны с ведомым барабаном, передающим вращение коробке передач (через соединительную муфту).
Нажимной диен
Ведущий барабан
Ведомый барабан
Подвижная чашка
Соединительная муфта
Неподвижная
Пружина
Палец ~ Отжимной диск
Пакет ведущих и ведомых дисков
Рычаг подвижной чашки
Рис. 92. Устройство многодискового главного фрикциона
Носок коленчатого вала двигателя
Вал ведущей шестерни кони ческой передачи
Зубчатое соединение дисков с барабаном позволяет им перемещаться в осевом направлении; вращаются же диски всегда вместе со своим барабаном: ведущие — с ведущим, ведомые — с ведомым.
Пружины, сила которых передается нажимному диску, сжимают пакет ведущих и ведомых дисков, вследствие чего те и другие диски вращаются заодно. Таким образом, вращение от двигателя передается через пакет дисков ведомому барабану фрикциона.
Рис. 93. Общий вид многодискового главного фрикциона
Выключается фрикцион при помощи такого же механизма выключения, как показан на рис. 91.
На рис. 94 изображен однодисковый фрикцион танка, несколько отличающийся по устройству от рассмотренного нами ранее (см. рис. 91). Он отличается, прежде всего, тем, что к его ведомому диску с обеих сторон приклепаны накладки из специального (фрикционного) материала для увеличения силы трения. Выключается этот фрикцион путем передвижения выключающей муфты, которая воздействует на внутренние концы рычагов; наружные концы рычагов, соединенные с пальцами, при этом отводят нажимной диск, освобождая ведомый диск. В этом фрикционе нет подвижного отжимного диака, и пружины расположены
между опорным диском, привернутым к маховику, и нажимным диском.
Сравнивая фрикционы, изображенные на рис. 91, 92 и 94, нетрудна убедиться, что, несмотря на различие в устройстве, они имеют много общего. В частности, в каждом из фрикционов имеются: ведущие
Рис. 94. ОдноДисковый главный фрикцион
детали, вращающиеся всегда вместе с коленчатым валом двигателя (например, опорный и нажимной диски, ведущие диски); ведомые детали, которые при выключении фрикциона могут вращаться независимо1 от коленчатого вала (например, ведомый барабан, ведомые диски); детали выключающего устройства шарикового (рис. 91, 92), рычажного (рис. 94) или какого-либо иного типа. Эти три группы деталей имеются во всяком фрикционе.
КОНИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА
Коническая передача состоит из двух находящихся в постоянном зацеплении конических шестерен.
Необходимость конической передачи в трансмиссии определяется тем, что ось коленчатого вала двигателя параллельна продольной оси танка, а ось ведущих колес расположена к ней под прямым углом.
Коническая передача может быть расположена или перед коробкой передач (между главным фрикционом и коробкой передач), или за коробкой передач.
Вал ведущей шестерни конической передачи '
Ведущий вал коробки передач (он же вал ведомой шестерни конической передачи )
Коническая передача
[iniuiiinun
К I
й
I 1П11111
Ведомый вал ' \ коробки передач
Рис. 95. Коническая передача в картере коробки передач
В первом случае коническая передача монтируется в картере коробки передач (рис. 95); при этом вал ведомой шестерни конической передачи используется также для установки шестерен коробки, являясь ведущим валом последней. Во втором случае передача может быть смонтирована как в картере коробки (ведомый вал коробки служит также для установки ведущей шестерни конической передачи, см. ниже, рис. 104), так и в отдельном картере (рис. 96).
В зависимости от местонахождения конической передачи валы коробки передач расположены поперек танка (первый случай) или вдоль танка (второй случай).
JC6
Рис. 96. Коническая (главная) передача легкого танка
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Коробка передач представляет собой шестеренчатый механизм (редуктор) с выключающимися шестернями.
Как будет подробно рассмотрено ниже (глава VIII), для движения танка должна быть создана на его гусеницах сила, называемая силой тяги. Величина этой силы меняется в весьма широких пределах в зависимости от условий движения танка. Коробка передач позволяет изменять силу тяги на гусеницах в нужных пределах.
Кроме того, при помощи коробки передач механик-водитель может изменять скорость движения танка в более широких пределах, чем это можно сделать, изменяя число оборотов двигателя.
Коробка передач позволяет отъединять двигатель танка от ведущих колес при запуске двигателя и на коротких остановках, а также получить задний ход танка, поскольку направление вращения коленчатого вала двигателя не может быть изменено.
Наиболее простая коробка передач (рис. 95 и 97) состоит из двух валов: ведущего (он же в данной коробке является валом ведомой шестерни конической передачи) и ведомого (устройство передачи заднего хода пока не рассматривается). Валы установлены в картере коробки на шариковых и роликовых подшипниках (см. рис. 95). На шлицы обоих валов посажены шестерни, которые могут попарно входить в зацепление. При этом одна из сцепляющихся шестерен каждой пары сидит на шлицах неподвижно, а другая может передвигаться вдоль вала. Передвижные (скользящие) шестерни (часто изготовленные по две в одном блоке) называют каретками.
Если ни одна из шестерен ведущего вала не сцеплена с соответствующей шестерней ведомого (нейтральное положение), то при работающем двигателе и включенном главном фрикционе ведомый вал не будет вращаться. При сцеплении одной из пар шестерен вращение будет передаваться от ведущего вала к ведомому. Одному и тому же числу оборотов ведущего вала будет соответствовать разное число оборотов ведомого в зависимости от того, какая пара шестерен включена. Чем меньше число зубьев у ведущей шестерни и больше у ведомой, тем ниже число оборотов ведомого вала и меньше скорость танка, но зато больше сила тяги.
Приведенная на рис. 95 и 97 коробка имеет четыре передачи вперед, так как в ней четыре пары выключающихся шестерен. Включение
Ведомый вал коробки передач
Каретка заднего кода
Поводковые (переводные) валики
Нижняя половина картера
Обойма подшипников вала ведущей шестерни конической передачи
Рис. 97. Общий вид коробки передач
Верхняя половина картера
Ведущий вал коробки передач
каждой пары обеспечивает получение определенной скорости движения танка при неизменных оборотах двигателя.
Движение задним ходом происходит тогда, когда одна из шестерен специальной каретки заднего хода будет сцеплена с шестерней ведущего вала, а другая—с шестерней ведомого (рис. 98). В этом случае ведомый вал вращается в направлении, противоположном
Рис. 98. Каретка заднего хода
тому, в каком он вращается при непосредственной связи его шестерни с шестерней ведущего вала.
Чтобы включать и выключать передачи, т. е. вводить в зацепление и выводить из него ту или иную пару шестерен, служит механизм переключения передач. В него входят кулиса, поводковые (переводные) валики с вилками, предохранительные устройства и соединительные детали (привод).
Кулиса, установленная в отделении управления, состоит из качающегося рычага и трех переводных стержней (рис. 99). Когда рычаг находится в среднем положении, нижняя головка рычага входит в прорезь среднего стержня, а при отклонении рычага вправо или влево его головка входит в прорезь одного из крайних стержней. Если отклонить рычаг вперед или назад, то нижняя головка передвинет соответствующий переводной стержень назад или вперед. Каждый из стер!жней связан системой соединительных деталей (тяг, рычагов и валиков, не показанных на рисунке), образующих привод, с одним из поводковых (переводных) валиков, смонтированных в картере коробки (см. рис. 97). Укрепленные на поводковых валиках вилки охватывают ступицы кареток; при передвижении поводкового
Рис. 99. Устройство кулисы
Рис. 100. Схема работы замка кулисы:
А — рукоятка не прижата, диск запирает переводные стержни, не давая стопорам подняться вверх; Б — рукоятка прижата, диск повернулся и расположился отверстием против стопора; В—рукоятка прижата, при передвижении переводной стержень выталкивает шарик вверх и стопор входит в отверстие диска; Г — передача включена, шарик под действием пружины вошел в вырез стержня, а диск при опускании рукоятки с защелкой запер стопор
валика перемещается каретка; при этом одна из пар шестерен входит в зацепление.
В коробке передач и механизме переключения имеются предохранительные устройства. Эти устройства обеспечивают включение шестерен на всю длину зуба, полное выключение шестерен, исключают возможность самовключения или самовыключения передачи на ходу, а также предотвращают одновременное включение двух передач и не допускают ошибочного включения заднего хода при движении танка вперед. При некспр1авности предохранительных устройств возможна поломка деталей коробки или, по крайней мере, их быстрый износ (например, при неполном включении).
Основным предохранительным устройством в механизме переключения передач коробки, показанной на рис. 95, является замок кулисы (см. рис. 99). Он действует следующим образом (рис. 100). На переводных стержнях кулисы сверху имеются вырезы. При нейтральном положении стержня в его средний вырез под действием пружины и стопора (пальца) входит шарик (положение Л). Верхний конец стопора прикрыт диском, который соединен тросом с рукояткой замка на рычаге кулисы; всякое, в том числе и самопроизвольное, перемещение переводного стержня при этом невозможно, так как шарик, удерживаемый стопором и диском, не позволит стержню двигаться. 110
При включении передачи механик-водитель, нажимая на рукоятку замка, поворачивает диск так, что против стопора оказывается отверстие (положение Б), Когда нижняя головка рычага начнет перемещать стержень, шарик теперь может выйти из выреза, а стержень будет передвигаться (положение В), пока под действием пружины шарик не войдет в следующий вырез и стопор не опустится, позволив диску вернуться в исходное положение (положение Г).
Подобным же образом действует замок при выключении передачи.
Замок предохраняет также от ошибочного включения заднего хода, так как последний можно включить лишь при ненажатой рукоятке замка.
Чтобы сделать невозможным одновременное включение двух передач, в кулисе имеется предохранитель, состоящий из трех шариков, расположенных в перегородках корпуса кулисы и отверстиях переводных стержней. Действие этого предохранителя понятно из рис. 101.
Для обеспечения еще большей надежности работы переводные валики самой коробки снабжены фиксаторами, состоящими из шариков с пружинками, действующих подобно шарикам замка кулисы.
На рис. 102 показана более сложная коробка передач. В ней десять шестерен (без шестерен конической передачи и заднего хода), но они позволяют получить восемь передач для движения вперед, в то время как в коробке передач, приведенной на рис. 95, восемь шестерен обеспечивают всего четыре передачи. Это объясняется тем, что показанная на рис. 102 коробка— комбинированная, она представляет
Рис. 101. Схема работы шарикового предохранителя в кулисе коробки передач:
А — перемещаться может любой стержень;Б — перемещаться может только средний стержень; В — перемещаться может только правый стержень
собой по существу сочетание двух коробок передач, соединенных между, собой последовательно. Одна коробка, называемая демультипликатором,, имеет две передачи, другая, основная, — четыре. Передаточный вал служит одновременно ведомым валом первой коробки и ведущим валом второй. При включенной одной (замедленной) передаче демультипликатора, включая те или иные шестерни коробки передач, получаем четыре передачи. Вторая (ускоренная) передача демультипликатора при* тех же передачах коробки передач дает еще четыре передачи; всего,
Замедленные передачи
Ускоренные передачи
Рис. 102. Общий вид комбинированной коробки передач и положения шестерен в ней при различных передачах
таким образом, получается восемь передач (это видно из схемы на рис. 102).
Особенностью рассматриваемой коробки является также то, что часть шестерен в ней находится в постоянном зацеплении и включение передач производится передвижением зубчатых муфт.
Недостаток этой коробки состоит в том, что необходимо иметь кулису с двумя рычагами (рис. 103), так как для включения какой-либо передачи надо включить две каретки (демультипликатора и коробки), а не одну, как в коробке, показанной на рис. 95.
Детали механизма переключения передач, расположенные в самой коробке передач, показаны на рис. 105. В коробке находится также часть предохранительных устройств, в том числе замок. Интересной особенностью этой коробки является то, что ее замком управляют не особой рукояткой, как в простой коробке
Рис. 103. Общий вид кулисы комбинированной коробки передач
Шестерни постоянного
зацепления
Рис. 104. Устройство коробки передач с продольным расположением валов
Рис. 105. Устройство переключающего механизма и замка комбинированной коробки передач
Схема изображает положение, когда главный фрикцион включен и переключение передач невозможно
(см. рис. 99), а при помощи привода главного фрикциона; такое управление замком исключает возможность переключения передач при включенном фрикционе, что недопустимо по соображениям сохранности шестерен.
Основная деталь замка — валик с вырезами, расположенными против выточек на поводковых (переводных) валиках коробки. На валике имеется штифт, который входит в винтовую канавку втулки. При выключении фрикциона валик замка, рычаг которого связан с приводом фрикциона, поворачиваясь, перемещается в осевом направлении.
При нажатой до отказа педали (фрикцион выключен) валик замка перемещен (по схеме—вправо) настолько, что возможно передвинуть любой из переводных валиков. При отпускании педали фрикцион включается; при этом валик замка поворачивается и, передвигаясь, входит своей несрезанной частью в выточки переводных валиков и таким образом запирает их.
В рассмотренных нами коробках валы расположены поперечно. При продольном расположении валов часто применяют коробки, у которых ведущий и ведомый валы соосны, т. е. один вал является как бы продолжением другого (рис. 104). Такое расположение валов позволяет соединять их зубчатой муфтой, получая так называемую прямую передачу. При включении этой передачи оба вала враща-
ются заодно и мощность на трение между зубьями шестерен не тратится.
На всех остальных передачах ведущий вал приводится во вращение
ведомым посредством передаточного вала через две пары шестерен (одна пара — постоянного зацепления, другая — включаемая путем передвижения каретки на ведомом валу).
МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА
Механизм поворота позволяет правой и левой гусеницам двигаться с неодинаковой скоростью. ' Различие скоростей гусениц — необходимое условие поворота гусеничной машины; при этом неодинаковыми, как будет доказано ниже (см. главу IX), должны быть и силы тяги на гусеницах.
Наиболее простой механизм поворота состоит из двух бортовых фрикционов с тормозами.
Бортовой фрикцион по принципу действия не отличается от главного, а по устройству очень похож на него. Так, бортовой фрикцибн, показанный на рис. 106 и 107, в основном подобен главному фрикциону, рассмотренному выше (см. рис. 92). Ведущий барабан каждого бортового фрикциона сидит на шлицах ведомого вала коробки передач, концы которого выходят из картера коробки. Ведомый барабан соединен с фланцем бортовой передачи (см. ниже). Остальные детали те же, что у главного фрикциона (см. рис. 92).
Рассмотрим работу механизма поворота.
Когда включены оба фрикциона, скорости обеих гусениц одинаковы. При выключении одного фрикциона соответствующая гусеница разъединяется с двигателем и, таким образом, она может двигаться медленнее, чем другая, или остановиться. Обычно для поворота требуется отключенную гусеницу притормозить. Для этого на ведомый барабан фрикциона, являющийся одновременно тормозным барабаном,
Пакет ведущих и ведомых дисков
Рис. 106. Устройство бортового фрикциона
Ведомый
Ведомый вал коробки передач
Нажимной диск Палец
барабан Подвижная чашка ч
Неподвижная чашка
Пакет ведущих и ведомых дисков
Рычаг подвижной чашки
Фланец бортовой передачи
Рис. 107. Общий вид бортового фрикциона
воздействуют тормозной лентой. При полностью затянутом тормозе танк поворачивается вокруг неподвижной гусеницы.
Управление механизмом поворота осуществляется двумя рычагами, находящимися в отделении управления. Каждый рычаг связан посредством тяг привода с одним из бортовых фрикционов и тормозов. Привод устроен так, что при перемещении рычага сначала выключается фрикцион и лишь затем начинает затягиваться тормоз. Подробнее работа привода рассматривается в главе IX.
Двухступенчатый планетарный механизм поворота, показанный на рис. 108, имеет более сложное устройство. Основные части этого механизма — планетарный ряд, с которым связаны фрикцион и два тормоза (малый и большой).
Планетарный ряд (рис. 108 и 109) состоит из зубчатого венца, получающего вращение от ведомого вала коробки передач, водила, связанного с ведущим валом бортовой передачи (через барабан остановочного тормоза и зубчатую муфту), шестерен-сателлитов, свободно сидящих на осях, закрепленных в водиле, и, наконец, солнечной шестерни, свободно установленной на ведомом валу коробки передач.
Фрикцион, подобный по устройству главному и бортовому фрикционам, может соединять или разобщать водило и солнечную шестерню.
Один из тормозов (малый) воздействует на барабан, связанный шлицевьш соединением непосредственно с солнечной шестерней, другой (большой) — на водило. Когда оба тормоза отпущены, а фрикцион включен, весь механизм вращается как одно целое, т. е. венец и водило делают одинаковое число оборотов (см. рис. 109).
Если включить фрикцион и затянуть малый тормоз, солнечная шестерня остановится (рис. 110). Венец, продолжая вращаться, заставит сателлиты обегать вокруг неподвижной солнечной шестерни; при этом водило будет вращаться, но медленнее, чем венец. Когда на одном
Остановочный тормоз (большой)
Рис. 108. Устройство двухступенчатого планетарного механизма поворота
борту, скажем на левом, включен фрикцион, а на правом затянут малый тормоз, правая гусеница будет иметь меньшую скорость, чем левая, и танк будет плавно поворачиваться направо.
Освободив малый тормоз и затянув большой при выключенном фрикционе (рис. 111), мы тем самым будем тормозить гусеницу, и танк получит воз1можность совершить такой же крутой поворот, как и танк с бортовыми фрикционами, когда выключен соответствующий фрик-пион и затянут ело тормоз.
Фрикцион
Шариковый механизм выключения фрикциона
Тормоз солнечной шестерни (не затянут)
Зубчатый венец
Остановочный тормоз (не затянут)
Ведущий вал бортовой передачи
шестерня
Водило
Сателлит
Фрикцион включен
Ведомый вал коробки передач
Ведомый вал коробки передач и ведущий вал бортовой передачи вращаются с одинаковым числом оборотов.
Танк будет двигаться прямо,если на обоих бортах фрикционы будут включены
Рис. 109. Принципиальная схема двухступенчатого планетарного механизма поворота (фрикцион включен, тормоза не затянуты)
Заметим, что если затянуть малые тормоза на обоих бортах, скорость обеих гусениц уменьшится на одну и ту же величину, при этом танк поворачиваться не будет, но замедлит свое движение, а сила тяги соответственно возрастет; поэтому планетарными механизмами поворота можно пользоваться как дополнительным устройством к коробке передач для изменения скорости и соответственно силы тяги.
Управление двухступенчатыми планетарными механизмами поворота, как и бортовыми фрикционами, производится двумя рычагами — правым и левым. По мере перемещения рычага сначала выключается фрикцион, затем затягивается малый тормоз и, наконец, освобождается малый и затягивается большой тормоз (без включения фрикциона). Чем больше отведен рычаг назад, тем круче поворот танка.
Тормоз солнечной шестерни затянут (солнечная шестерня неподвижна)
Ведущий вал бортовой, передачи вращается медленнее ведомого вала коробки передач.
Танк поворачивается по дуге большого радиуса
Рис. 110. Положение деталей механизма при повороте с большим радиусом
Остановочный тормоз затянут (водило неподвижно)
Ведущий вал бортовой передачи отключен от ведомого вала коробки передач
Танк поворачивается круто
Если затянуты оба остановочных тормоза, танк останавливается
Рис. 111. Положение деталей механизма при крутом повороте и при остановке танка
ТОРМОЗА
Тормоз представляет собой фрикционное устройство, обеспечивающее остановку тормозимой (вращающейся) части посредством силы трения. Сила трения возникает между тормозимой и тормозящей (неподвижной) частью тормоза.
Тормоза на танке могут являться или только составной частью механизма поворота (как малый тормоз в планетарном механизме поворота), или служить также для одновременного торможения обеих гусениц с целью уменьшения скорости и остановки танка (большие тормоза в планетарном механизме, тормоза бортовых фрикционов).
На рис. 112 показан ленточный тормоз танка. В нем тормозимой частью является ведомый барабан бортового фрикциона. Тормозящая часть представляет собой гибкую стальную ленту, к которой приклепаны чугунные накладки. Пружины оттягивают ленту от барабана после прекращения торможения и удерживают ее от соприкосновения с барабаном, в нерабочем положении. С помощью регулировочного болта создается необходимый зазор между лентой и барабаном.
Лента обоими концами связана посредством пальцев, которые входят концами в фигурные вырезы кронштейна тормоза, с приводным рычагом тормоза. При повороте рычага, как только лента начинает касаться барабана, один из пальцев, в зависимости от направления вращения барабана, упирается в конец фигурного выреза, а другой перемещается в вырезе до полной затяжки ленты.
Каждый из тормозов, как уже указывалось, может быть затянут независимо от другого рычагом управления механизмами поворота.
Однако в некоторых случаях выгоднее тормозить танк, не разобщая гусеницы с двигателем. Для этого служит дополнительный привод
Рис. 113. Колодочный тормоз
от ножной педали к обоим тормозам (горный тормоз), не воздействующий на механизм поворота.
Наряду с ленточными тормозами, хотя и реже, на танках применялись колодочные тормоза (рис. 113).
В колодочном тормозе колодки (чугунные или с накладками из фрикционного материала) при торможении разводятся разжимным кулаком и прижимаются к внутренней поверхности барабана. Тормозной кулак поворачивается рычагом тормоза, связанным с приводом управления механизмом поворота или тормозной педалью.
В качестве остановочных тормозов на танках применялись также дисковые тормоза.
На рис. 114 показан двухдисковый тормоз. Он устроен следующим образом.
Тормозной барабан, состоящий из двух половин, закреплен на шлицах ведущего вала бортовой передачи. Внутри барабана находятся два диска трения (правый и левый), связанных между собой возвратными пружинами. На каждом диске имеется три выступа, которыми диски-свободно входят в широкие пазы, сделанные на неподвижном кронштейне. Между дисками помещен сепаратор с тремя шариками. Сепаратор установлен так, что шарики находятся между наклонными выступами дисков.
к бортовой передаче
Привод « рычагу с роликами
бортовой лист у корпуса
(упор для диенов)
Тормозной барабан Скосы дисков
трения
Рычаг с роликами
Неподвижный . кронштейн у
Возвратная пружина
Возвратная
Левый диск трения] Правый диск трения Наклонный выступ \С Сепаратор '
с шариками
к механизму.
„ поворота/
Кривошип танна /
Тормозной барабан "
Рычаг с роликами Левый диск трения
Скосы дисков трения
Ролик
Правый диск трения
аклонный^ выступ
пружина
Рис. 114. Схема устройства двухдискового тормоза (справа — разрез по барабану)
^Неподвижный, н-
хрронштейн! (Q) < '’упор для '
основ трения)
Сепаратор с шариками
В неподвижном кронштейне тормоза установлен кривошип, на внутренний конец которого надет рычаг с двумя роликами, находящимися между скосами дисков трения. Когда кривошип поворачивается, ролики, перекатываясь по скосам дисков, поворачивают диски на некоторый угол в разные стороны. При этом шарики, катясь по наклонным выступам, прижимают диски к поверхностям трения барабана. Как только диски начнут прижиматься к вращающемуся барабану, они оба повернутся в сторону вращения барабана, пока выступы одного из дисков не упрутся в неподвижный кронштейн. В тот момент, когда один диск остановится, другой диск, стремясь повернуться вместе с барабаном дальше, будет набегать наклонными выступами на шарики и тем самым увеличивать силу прижатия дисков к тормозному барабану.
На рис. 115 схематически показана работа двухдискового тормоза при вращении барабана в обе стороны.
Описанный тормоз хорошо действует при прямом и обратном направлении вращения; для торможения таким тормозом не требуется прикладывать большую силу.
Рычаг
Тормозной барабан
I Левый < диск трения
Неподвижный
А1уп°Р иля дисков \'
с роликами
Правый диск трения
Наклонные выступ
Барабан расторможен
Торможение барабана при вращении его по стрелке А
д —►
Торможение барабана при вращении его по стрелке п
Рис. 115. Работа двухдискового тормоза
БОРТОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Бортовой передачей называется невыключаю-щийся шестеренчатый редуктор, соединенный с механизмом поворота. С ведомым валом бортовой передачи соединяется ведущее колесо танка. Бортовых передач на танке две, по одной на каждое ведущее колесо.
Бортовая передача значительно (в 5—15 раз) уменьшает число оборотов ведущего колеса танка по сравнению с оборотами ведомого вала механизма поворота.
На рис. 116 показана однорядная бортовая передача, состоящая из двух шестерен с валами — малой (ведущей) шестерни, вал которой связан фланцем с ведомым барабаном бортового фрикциона, и большой шестерни, на валу которой сидит ведущее колесо танка. Валы бортовой передачи вращаются на подшипниках, установленных в картере и крышке картера бортовой передачи. Картер приклепан или приварен к броне, съемная крышка крепится к картеру болтами.
Двухрядная бортовая передача (рис. 117) больше снижает скорость вращения ведущих колес, чем однорядная. Первый ряд этой передачи состоит из пары шестерен, второй ряд — планетарный. В отличие от механизма поворота, ведущей шестерней в планетарном ряду служит солнечная шестерня, а венец неподвижно закреплен в картере передачи. Вращение передается от механизма пово-
Рис. 116. Однорядная бортовая передача
рота через шестерни первого ряда передачи к солнечной шестерне. Сателлиты, вращаемые солнечной шестерней, перекатываются по неподвижному венцу, заставляя вращаться водило.
В рассмотренной передаче примечательно то, что ведущее колесо не сидит непосредственно на валу, связанном с бортовой передачей (на валу ведущего колеса). Оно установлено на подшипниках на неподвижном кронштейне, а с валом связано зубчатым кольцом, передающим вращение ведущему колесу (рис. 118). Благодаря этому вал не изгибается от силы натяжения гусеницы. Такая бортовая передача называется разгруженной.
Шестерня ведущего вала
Картер
Диск
Ведомая шестерня
Ведущий вал
Солнечная шестерня с ведомым валом
Водило
Сателлит
SSSSSSSSSSSSSSSS^i
Крышка картера
Второй
Первый ряд (планетарный)ряд
Рис. 117. Двухрядная бортовая передача
Рис. 118. Установка ведущего колеса при разгруженном вале
УСТАНОВКА И СОЕДИНЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ
ТРАНСМИССИИ
Для совместной работы механизмов трансмиссии требуется либо весьма точное взаимное положение их осей, исключающее перекосы, отклонения по высоте и ширине и т. д., либо такое соединение отдельных механизмов, при котором неточности установки их не отражались бы отрицательно на работе механизмов. На практике обычно удовлетворяются по возможности оба требования.
Так, в трансмиссии, показанной на рис. 81,
двигатель установлен на раме, а коробка передач крепится специаль
ным кронштейном к перегородке корпуса. Несмотря на весьма точную установку коробки относи-
тельно двигателя, между ними установлена полужесткая зубчатая муфта, соединяющая ведомый барабан главного фрикциона с валом ведущей шестерни конической передачи. Устройство муфты понятно из рис. 119. Зазоры между зубьями муфты исключают вредные последствия незначительного несовпадения осей (несоосности) агрегатов, вызванного переко
сами или другими причинами.
Полужесткие соединения иногда уста1на1вливаются между коробкой передач и меха/низмом поворота, а также между механизмами поворота и бортовыми передачами. В трансмиссии (см. рис. 81) совместная работа коробки передач, механизмов поворота и бортовых передач обес
печивается тем, что бортовые фрикционы смонтированы непосредственно на концах ведомого вала коробки, а их ведомые барабаны жестко соединены с ведущими валами бортовых передач. Коробка, таким образом, как бы подвешена концами своего вала к бортовым передачам и имеет только одно место жесткого крепления — передний кронштейн.
При переднем расположении трансмиссии трудно добиться точного взаимного расположения агрегатов из-за большого расстояния между ними.
Рис. 119. Полужесткое соединение вала двигателя с трансмиссией
Карданное сочленение у коробки передач
Игольчатый под-
Карданное сочленение у главного фрикциона
Устройство карданного сочленения
Рис. 120. Устройство карданных сочленений (переднее расположение трансмиссии)
Поэтому длинные валы, соединяющие агрегаты при переднем расположении трансмиссии, имеют по концам полужесткие соединения, подобные рассмотренной выше полужесткой зубчатой муфте, или так называемые карданные сочленения (рис. 120), допускающие значительное несовпадение осей соединяемых ими механизмов.
ХОДОВАЯ ЧАСТЬ
Ходовая часть танка разделяется на гусеничный движитель и подвеску.
Гусеничный движитель состоит из устройств и деталей, посредством которых осуществляется движение танка. Сюда относятся, прежде всего, гусеницы, а также связанные с ними детали и устройства: опорные и поддерживающие катки, ведущие и направляющие колеса, натяжные устройства.
Подвеска состоит из деталей, связывающих корпус танка с осями его опорных катков. На современных танках применяется только упругая (рессорная) подвеска.
К подвеске относятся рессоры с соединительными и направляющими деталями, рычаги (в независимой) и балансиры (в балансирной подвеске)1, а также гасители колебаний корпуса — амортизаторы,
ГУСЕНИЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
ГУСЕНИЦЫ. ЗАЦЕПЛЕНИЕ ГУСЕНИЦ С ВЕДУЩИМИ КОЛЕСАМИ
Гусеницы танка, перематываемые ведущими колесами, создают рельсовый путь, по которому катится корпус танка на опорных катках.
Установленная на танке, соединенная и натянутая гусеница образует обвод (рис. 121), состоящий из опорной, двух наклонных и верхней
1 Рычаги в независимой подвеске иногда называют балансирами; такое название не совсем точно.
Рис» 121. Схема гусеничного обвода
Рис. 122. Звенья гусеничной цепи гребневого зацепления
Рис. 123. Ведущее колесо гребневого зацепления
ветвей. Благодаря сцеплению между опорными ветвями гусениц и грунтом возникает сила, необходимая для движения танка,— сила тяги.
Г усеница собирается из отдельных звеньев» иногда называемых траками. Звенья отливаются или штампуются из высококачественной легированной стали.
На рис. 122 изображены два соседних звена гусеницы, обвод которой показан на рис. 121. Одно из этих звеньев с внутренней стороны имеет массивный гребень, упираясь в который, ролик ведущего колеса (рис. 123) ведет гусеницу. Такое зацепление ведущего колеса с гусеницей называется гребневым.
Опорная (наружная) поверхность звена сделана ребристой для улучшения сцепления звена с грунтом. При недостаточном сцеплении к звену может быть прикреплена дополнительная шпора (почвозацеп, рис. 124).
Для шарнирного соединения звеньев между собой в них сделаны проушины, через которые про
пускаются пальцы (см. рис. 122 и 125). Такое соединение обеспечивает необходимую гибкость гусеницы.
Чтобы пальцы не могли выйти из проушин звеньев, их стопорят, как показано на рис. 125. Иногда с той же целью применяют специальную направляющую (отбойник), укрепленную на бортовом листе корпуса. Если палец выдвинется из про-
Рис. 124. Дополнительная
шпора (почвозацеп) звена
ушин, направляющая поставит его на место.
На рис. 126 изображено звено гусеницы При этом способе зацепления зубья ведущего
цевочного зацепления, колеса (ом. рис. 118)
входят в вырезы звена и упираются в стенку выреза, называемую цевкой. Гребни с внутренней стороны такого звена служат только для направления гусеницы по каткам, и их не нужно делать столь массивными, как при гребневом зацеплении. Это позволяет облегчить звенья и применять так называемые мелкозвенчатые гусеницы, имеющие ряд преимуществ (мелкозвенчатой считается гусеница, у которой длина или шаг звена значительно меньше его ширины).
Рис. 125. Способы стопорения пальцев гусеничной цепи
Рис. 126. Звено гусеничной цепи цевочного зацепления
На рис. 128 изображены звенья
Существенным недостатком гусениц с обычным соединением звеньев (см. рис. 122 и 126) является быстрый износ шарниров из-за попадания в проушины пыли, песка и т. п. Попытки применить в шарнирах роликовые (игольчатые) подшипники (рис. 127) не получили распространения по той причине, что звенья получаются сложными и тяжелыми, а подшипники требуют смазки и уплотнения от попадания грязи. Некоторое распространение получили упругие соединения, хотя они также значительно сложнее обычных, гусеницы с упругим соединением.
В проушины каждого звена запрессованы резино-металлические втулки (стальные втулки с навулканизированными резиновыми кольцами). На торцах втулок сделаны зубья так, что при сборке гусеницы две соседние втулки соединяются зубьями друг с другом. При затяжке гайки пальца втулки плотно сцепляются между собой.
Когда гусеница изгибается, звенья поворачиваются на втулках, закручивая резину колец. Таким образом исключается скольжение между
проушинами звеньев и втулками.
Следует обратить внимание на самую форму звена. Многочисленные
вырезы делают звено «ажурным». Такое звено значительно легче мас-
сивных звеньев (см. рис. 122, 126, 127), но у него а потому сравнительно велико давление на грунт Звенья такого типа применялись только на легких
Рис. 127. Плоское звено с резиновым башмаком. Шарниры звена на игольчатых подшипниках
мала площадь опоры, (удельное давление), танках.
Упругое соединение, показанное на рис. 129, несколько отличается от предыдущего. Здесь каждое звено соединяется с соседним при помощи двух пальцев, а не одного, как обычно. На каждую пару пальцев надевается жесткая соединительная планка (она служит одновременно направляющим гребнем) и закрепляется сухарем. Поворот пальца относительно проушины, как и в предыдущем случае, осуществляется за счет
закручивания ре
зины.
Звено гусеничной цепи
Палец звена
Рис. 128. Ажурное звено с запрессованными в проушины
Сухарь креп-кения соедини- -тельной планки
резино-металлическими втулками
Гайка
Соединительная планка звена
гусеничной цепи
Рис. 129. РЛезино-металлическое звено с упругим соединением
Резиновое кольцо
Палец с навулкани-ворованными кольцами
НАПРАВЛЯЮЩЕЕ КОЛЕСО. НАТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО
Направляющее колесо (ленивец) служит для поддержания и направления верхней ветви гусеницы, а как часть натяжного устройства — и для натяжения ее. Гусеницу натягивают после того, как ее наденут, а также когда нужно уменьшить ее провисание, увеличившееся вследствие износа шарниров. Если гусеница сильно провисает, она легко спадает, особенно при поворотах танка.
Направляющее колесо со стальным или обрезиненным ободом устанавливается на подшипниках, сидящих на оси. Для натяжения гусеницы ось должна перемещаться относительно корпуса танка; поэтому ось обычно является одним из колен поворотного кривошипа, второе колено которого закрепляется в корпусе, танка (рис. 130),
Рис. 130. Направляющее колесо с кривошипом
Рис. 131. Натяжной механизм с винтом и гайкой
Для натяжения гусеницы ось направляющего колеса может перемещаться вручную, как показано на рис. 130, или при помощи винтового (рис. 131) либо червячного (рис. 132) соединения. При вращении гайки (рис. 131) или червяка (рис. 132) поворачивается кривошип.
Поскольку винтовое и червячное соединения обычно бывают само-тормозящимися (т. е. винт не может самопроизвольно вывернуться из гайки, а червячное колесо не может провернуть червяк), ось направляю-
Кривошип Кронштейн Броневая заглушка
Направляющее колесо (ленивец)
Стопор
Червяк
Червячное колесо
КолЬцо с зубцами
Гайка кривошипа
Носовая часть бортового листа корпуса
Рис. 132. Червячный натяжной механизм
Ж»
щего колеса сохраняет приданное ей при натяжении положение. Однако при ударах о препятствия могут быть повреждены детали натяжного устройства; поэтому для большей их прочности часто применяется дополнительное/ обычно зубчатое, крепление (см. рис. 130, 132). При затяжке крепежной гайки зубья одной из деталей крепления плотно входят между зубьями другой, жестко связывая таким образом кривошип с корпусом танка.
ПОДДЕРЖИВАЮЩИЕ КАТКИ
Поддерживающие катки поддерживают верхнюю ветвь гусеницы и облегчают натяжение последней, уменьшая ее провисание. Чем больше поддерживающих катков, тем меньше сила, необходимая для натяжения гусеницы (рис. 133).
Поддержива ю щ и е катки устанавливаются на подшипниках на специальных кронштейнах, прикрепленных к корпусу (рис. 134).
Если-опорные катки имеют большой диаметр (см. рис. 121), то поддерживающих катков может не быть и верхняя ветвь гусениц ложится непосредственно на опорные катки.
ОПОРНЫЕ КАТКИ
На опорные катки опирается корпус танка. Опорные катки направляют танк по гусеницам, по которым они катятся, как по рельсовому пути.
Опорный каток устанавливается на подшипниках на оси, связанной с корпусом танка при помощи деталей подвески (см. ниже). Чтобы смягчить удары катков о гусеницу при движении по неровной местности, катки делают с резиновыми шинами (рис. 135).
Так как в каждый
Рис. 133. Схема поддержания верхней ветви гусеницы катками
Каток
момент работает (сжимается) только незначи-
тельная часть шины катка, то резина испытывает чрезвычайно высокое давление, вследствие чего она быстро нагревается и разрушается. Поэтому
to
Рис. 135» Опорные катки и подвеска танка
на танках, особенно на тяжелых, иногда применяются необре-зиненные катки или же катки с резиновыми кольцами между стальным ободом и ступицей катка (рис. 136). В катках с резиновыми кольцами работает около половины всего объема резины, т. е. значительно большая часть ее, чем при наружной ошиновке катка. Кроме того, резина, находящаяся внутри катка, защищена от случайных механических повреждений. Однако смягчающее действие внутреннего резинового кольца намного слабее, чем наружного.
ПОДВЕСКА
Как уже указывалось, подвеска включает в себя де
Рис. 136. Опорный каток с внутренней амортизацией
тали, связывающие корпус танка с осями опорных катков. Основное
назначение подвески — уменьшить толчки, воспринимаемые корпусом при
движении танка по неровностям.
Подвески различных танков отличаются одна от другой, во-первых, по способу соединения опорных катков между собой и с корпусом и, во-вторых, по типу применяемых рессор.
По способу соединения опорных катков с корпусом подвески делятся на независимые и балансирные. В независимой подвеске каждый каток соединяется с корпусом самостоятельно, независимо от других (см. рис. 135). В балансирных подвесках катки группируются по нескольку штук в одной тележке, соединенной с корпусом. Балансирные подвески могут быть парными (рис. 137), когда катки объединяются по два, и сложными. Сложная балансирная подвеска показана на рис. 138. Здесь на оси тележки свободно насажен кронштейн подвески (большой балансир), с которым связаны два малых балансира — один непосредственно, другой через рессору. Каждый из малых балансиров соединяет по два катка, а вся тележка — четыре. Существуют и более сложные схемы балансирных подвесок.
Если часть катков установлена независимо, а часть соединена в тележки, подвеска называется смешанной.
Советские танкостроители первые применили на танках всех типов независимые подвески, более простые, надежные и менее уязвимые, чем балансирные.
Рис. 137. Парная балансирная подвеска со спиральной рессорой
ТИПЫ РЕССОР
В подвесках танков применяются стальные рессоры — листовые, спиральные, стержневые (торсионные), а также резиновые.
На рис. 138 показана подвеска с листовой рессорой. Рессора, набранная из отдельных листов специальной весьма упругой пружинной стали, изгибается при наезде какого-либо катка тележки на препятствие.
На рис. 137 показана подвеска со спиральной рессорой. Здесь поворот балансира при наезде катка на препятствие заставляет сжиматься спиральную пружину.
Рис. 138. Сложная балансирная подвеска с листовой рессорой
Подвеска со спиральными рессорами показана и на рис. 135 и 139. В такой подвеске опорный каток установлен на рычаге (кривошипе), ось которого помещена во втулках трубы корпуса. Рычаг катка шарнирно соединен с направляющим штоком рессоры (на рис. 139 — через рычаг рессоры). Стакан рессоры также шарнирно (на цапфах) соединен с корпусом танка. Спиральная пружина сжата между фланцами штока и стакана. При подъеме катка рычаг поворачивается и перемещает шток во втулке стакана; пружина, дополнительно сжимаясь, смягчает удар.
Чрезмерное сжатие пружины и слишком большой подъем катка предотвращаются ограничителем, прикрепленным к корпусу танка. После того как рычаг катка упрется в ограничитель, подвеска станет жесткой, т. е. все толчки и удары будут передаваться непосредственно корпусу танка.
Цапфа
Рычаг катка
Траверса
Корпус танка
Рычаг рессоры
Наружная пружина
Палеи, штока
Рис. 139. Узел подвески со спиральной рессорой
Передний кронштейн
Стакан
Внутренняя пружина
Шток
В подвеске, узел которой показан на рис. 140, применены стержневые рессоры. Они представляют собой длинные стальные стержни, на обоих концах которых нарезаны шлицы. Стержни расположены поперек корпуса ганка, над днищем. Один конец стержня входит в шлицевую втулку оси рычага катка одного борта (например, правого), другой — в шлицы кронштейна, неподвижно прикрепленного к корпусу танка на противоположном борту (левом). Стержни закручены весом танка. При подъеме катка (наезд на препятствие) ось рычага поворачивается во втулке кронштейна и дополнительно закручивает стержень. Стержневые рессоры занимают в корпусе сравнительно немного места и надежно защищены от поражения.
Резиновые рессоры (рис. 141) не получили распространения, так как легко уязвимы и недостаточно надежно работают при больших нагрузках.
Рцс. 140. Узел подвески со .стержневыми рессорами
Рис. 141. Балансирная подвеска с резиновой рессорой
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Вспомогательное оборудование танка весьма разнообразно. К нему относятся приборы наблюдения, средства связи — внутренней (между членами экипажа) и внешней (между танками), освещение, сигнализация, вентиляция, противопожарное оборудование, инструмент и т. д.
Остановимся на приборах наблюдения и средствах связи, как имеющих из всего вспомогательного оборудования .наибольшее значение для обеспечения боеспособности танка; некоторые устройства, относящиеся к вспомогательному оборудованию, описаны в главе V.
НАБЛЮДЕНИЕ ИЗ ТАНКА
Обеспечение хорошего наблюдения — одно из важных условий увеличения огневой мощи танка и повышения его маневренности. Чем совершеннее средства наблюдения, тем легче обнаруживать цели, удерживать их в поле зрения, определять расстояния и корректировать огонь, тем лучше условия управления танком. При неудовлетворительном наблюдении механик-водитель вынужден для безопасности движения вести танк с пониженной скоростью.
Трудность решения задачи — обеспечить хорошее наблюдение из закрытого корпуса танка — заключается в том, что для улучшения наблюдения требуется увеличить отверстия в броне, а это повышает пора-жаемость танка. Через отверстие для наблюдения может пройти пуля, осколок; брызни свинца или горючей жидкости проникают даже через самые узкие щели. Тонкие стекла не только плохо защищают наблюдателя, но и создают дополнительную опасность поражения осколками стекла. Толстые же стекла 'поглощают много света и уменьшают поле зрения прибора, т. е. часть пространства, которую охватывает глаз наблюдателя через прибор.
Остановимся на некоторых танковых приборах наблюдения.
СМОТРОВЫЕ ЩЕЛИ
Простейшим средством наблюдения из танка является смотровая щель, прорезанная в броне (рис. 142).
Щели удобны как средство наблюдения на марше. Их можно сделать достаточно длинными и широкими, чтобы обеспечить хороший обзор. В боевой обстановке щель может быть надежно закрыта броневой заслонкой (см. рис. 142, внизу). Если заслонка открывается и закрывается быстро, щелью можно пользоваться и во время боя для кратковременного наблюдения. Иногда заслонки конструируют так, чтобы ширину щели можно было менять в зависимости от обстановки.
Для защиты щелей нередко применяют специальные защитные стекла (триплекс). Защитное стекло состоит из отдельных пластин, склеенных между собой. Оно защищает глаза наблюдателя от поражения, так как не пробивается пулей. Но при попадании пули наружные пластины растрескиваются, и стекло приходится менять.
Рис. 142. Смотровая щель
Рис. 143. Узкая щель, прикрытая тонким защитным стеклом
Узкие* щели, через которые могут проникнуть только свинцовые брызги, прикрывают тонким защитным стеклом (рис. 143). При наблюдении через такие щели требуется большое напряжение зрения, утомляющее гл-аза наблюдателя.
ПЕРИСКОП
Зеркальный перископ (рис. 144) состоит из двух зеркал, параллельных друг другу и наклоненных к горизонту под углом 45°. Лучи света отражаются верхним зеркалом, падают на нижнее и, отразившись от него, попадают в глаза наблюдателя. Зеркала в перископе могут быть заменены одной или несколькими призмами (рис. 145).
Перископ устраняет опасность поражения при наблюдении и необходимость применения толстых защитных стекол. Он обеспечивает поле зрения, измеряемое углом 60—90°. Его легко сделать качающимся, в этом случае увеличивается обзор вверх и вниз, и поворачивающимся, при этом увеличивается обзор в стороны. Устройство и установка вращающегося перископа показаны на рис. 146.
Рис. 144. Зеркальный перископ
Рис. 146. Перископ двухстороннего наблюдения: А — наблюдение вперед; Б — наблюдение назад
В этом перископе есть
дополнительная выдвижная кассета с двумя зеркалами (или с призмой). При наблюдении вперед (рис. 146, А) луч света отражается, как и в обычном перископе, от двух зеркал (или преломляется в призмах). Когда головная часть перископа повернута назад, кассета опущена (рис. 146, Б). Четыре поверхности призм, от которых отражается луч света, дают возможность вести наблюдение назад, не поворачивая головы.
На рис. 147 показано устройство и установка перископа двухстороннего наблюдения с тремя призмами (третья—передвижная, для наблюдения назад).
Чтобы предохранить перископ от поражения, его головную часть заключают в броневой колпак, оставляя в нем вырез для наблюдения.
Рис. 147. Перископ двухстороннего наблюдения с тремя призмами
НАБЛЮДЕНИЕ ЭКИПАЖА
Наблюдение механика~ водителя танка
Наблюдение командира танка
Наблюдение командира орудия
Рис. 148. Наблюдение экипажа танка. Черным показано ненаблюдаемое пространство вокруг танка. Наблюдение командира орудия показано при неподвижной башне
Чтобы правильно оценить прибор наблюдения, надо учесть, для кого он предназначается.
Для механика-водителя главное — обеспечить хорошее наблюдение вперед. Он должен отчетливо видеть все предметы, находящиеся впереди движущегося танка. Чем меньше непросматриваемое пространство перед носовой частью танка, тем лучше; поэтому сиденье механика-водителя стараются вынести как можно дальше вперед; наклонное расположение верхнего листа носовой части танка увеличивает снарядо-стойкость и в то же время улучшает наблюдение механика-водителя. Механик-водитель должен смотреть не только вперед, но и в стороны как в бою, так и на марше (при повороте, обгоне, разъезде со встречной машиной и т. д.). Таким образом, приборы механика-водителя должны обеспечивать сектой обзора до 180°.
На танках сектор обзора механика-водителя составляет 90—270° (рис. 148, Д), а непросматриваемое пространство . перед носом танка — 3—5 м. Как уже указывалось, для улучшения наблюдения на марше сиденье механика-водителя на некоторых танках делается подъемным (см. выше, рис. 84). Это, в частности, значительно уменьшает непросматриваемое пространство перед танком на марше.
Чтобы уменьшить поражаемость приборов, часть их (главным образом для наблюдения в стороны) делают закрывающимися и открывают только по мере необходимости.
Если механик-водитель вынужден прекратить в бою наблюдение хотя бы ненадолго, например при смене прибора, танк подвергается серьезной опасности; поэтому наряду с основным прибором для механика-водителя часто устанавливают запасный прибор, хотя бы с небольшим обзором, но надежно защищенный. Запасный прибор может быть заменен несколькими узкими щелями с тонким защитным стеклом. Чтобы уменьшить непросматриваемое пространство, щели иногда располагают с небольшим наклоном. Когда щелью не пользуются, ее прикрывают броневой заслонкой.
Командиру танка для наблюдения и управления боем необходимо обеспечить наибольший сектор обзора. С этой целью на танке иногда имеется так называемая командирская башенка (рис. 149—150).
Рис. 149. Командирская башенка
Из башенки, возвышающейся над основной башней танка, легко обеспечить круговой обзор (см. рис. 148, Б). Для этого в ней делают несколько закрываемых щелей с защитными стеклами (рис. 150) или устанавливают зеркальные перископы. Иногда во вращающейся крышке башенки устанавливают один перископ (рис. 151).
Если башенки нет, круговой обзор для командира обеспечивается перископом двухстороннего наблюдения.
Для наблюдения дальних целей желательно иметь для командира танка оптические приборы, дающие увеличение в 5—10 раз. Наиболее удобны для этой цели так называемые бинокулярные приборы, через которые наблюдение можно вести одновременно двумя глазами, как через обычный бинокль.
Командир орудия и пулеметчик обычно ведут наблюдение через прицел, который перемещается вместе с оружием (см. ниже, глава VIII). При неподвижном оружии поле зрения прицела невелико—15—30°,
Броневые крышки люка
Смотровой прибор
Корпус командирской башенки
Подвижные шоты смотровых приборов
Рис. 150. Устройство командирской башенки со смотровыми щелями
s==
Рычажный механизм для регулирования величины смотровой щели
щель
Шариковая опора броневой крышки
броневой колпак броневая крышка люка
Перископ двухстороннего наблюдения
Замок крышки
" Корпус
командирской башенки
'/////
Защитное стекло смотрового прибора
Смотровой прибор
Рис. 151. Устройство командирской башенки с перископом во вращающейся крышке редко больше (рис. 148, В); поэтому желательно, чтобы у командира орудия, кроме прицела, был вспомогательный прибор, увеличивающий обзор.
СРЕДСТВА СВЯЗИ
ВНЕШНЯЯ связь
Радио — основное средство внешней связи для танков. Все другие средства связи, в частности зрительная, ненадежны и могут применяться лишь в условиях удовлетворительной видимости. Радиостанциями снабжаются, как правило, все танки.
Для обеспечения двухсторонней связи радиостанция состоит из двух частей — передатчика и приемника.
На принципах устройства и действия радиостанции мы не останавливаемся, поскольку это является предметом специального курса.
Передача при помощи танковой радиостанции может вестись как речью через микрофон, так и телеграфной азбукой (ключом), поэтому передатчик имеет гнезда для микрофона и для ключа. Основным видом передачи для связи между танками является передача через микрофон, не требующая от радиста специальной подготовки. Передача ключом, слышимая на большую дальность, используется реже.
Для большего удобства радиста, главным образом для уменьшения звуковых помех (шума от двигателя, гусениц и т. д.), микрофон часто заменяется ларингофоном. Этот прибор воспринимает и преобразует в электрические колебания не колебания воздуха, а колебания голосовых связок во время речи и потому нечувствителен к посторонним шумам. Ларингофон вмонтирован в шлем танкиста и, когда шлем застегнут, плотно прилегает к гортани.
Прием ведется всегда через телефонные наушники, в которых слышна речь или — при приеме передачи ключом — короткие и длинные звуковые сигналы, соответствующие точкам и тире телеграфной азбуки. Наушники также закрепляются в шлеме. В силу этого шлем стали называть шлемофоном.
Помехи от собственного передатчика мешают одновременной работе на передачу и прием. Одновременные передача и прием позволили бы вести разговор, как по обычному проволочному телефону, но в, танковых станциях осуществить это практически пока не удалось. Наоборот, спе-142
циальный переключатель переводит работу станции либо на передачу, либо на прием. Возможность одновременного включения передатчика и приемника предусматривается только для контроля собственной передачи.
Дальность действия передатчика зависит от частоты, на которой работает станция. Коротковолновые танковые станции с частотами в пределах 2—6 миллионов циклов в секунду (волна 50—120 м) обычно слышны на расстоянии до 20—25 км. Ультракоротковолновые станции с длиной волны в несколько метров действуют на значительно меныпее расстояние — 2—4 км.
При работе телеграфным ключом дальность действия станции возрастает. Дальность действия меняется также в зависимости от длины антенны. В качестве антенны на танках применяется штырь — раздвижной металлический стержень, выдвигаемый наружу из корпуса или башни танка. При движении в лесистой местности и в населенных пунктах пользоваться длинным штырем неудобно. В этих случаях более удобен короткий штырь с пучком проводов («метелкой») наверху.
ВНУТРЕННЯЯ связь
На большинстве танков для связи между членами экипажа служит танковое переговорное устройство (ТПУ). Светосигнальная связь — одна или несколько сигнальных лампочек, включаемых при помощи кнопок,— применяется значительно реже. Иногда ее используют как резервную^ в дополнение к переговорному устройству.
Переговорное устройство (рис. 152) представляет собой небольшую телефонную сеть, аппараты которой, с включаемыми в ник вилками шлемофонов, устанавливаются для каждого из членов экипажа.
Телефон
ъшнурдлявклю-'чения шлемофона
ларинго W0H
Вилка
питания
ТПУ
он
команоира
танка
громкости
Шлемофон командира башни
Рис. 152. Схема переговорного устройства
[ Н вращающемуся контакт ному устройству башни
Аппарат ТПУ
Умформер
Аппарат ТПУ
заряжающего
шлемофон '
заряжающего
лппараттпу
командира орудия
Регулятор
'нагрудный
переключатель ^прием-передача
Рис. 153. Схема размещения радиостанции и переговорного устройства в танке
Аппараты соединяются между собой различными способами. Чаще всего они соединены так, что все члены экипажа связаны друг с другом и разговор по любому аппарату слышен сразу во всех аппаратах. Вызов производится нажатием на кнопку; при этом в наушниках слышится звуковой сигнал или на крышках аппаратов зажигается лампочка.
Аппараты переговорного устройства могут быть использованы также для включения в работу радиостанции. Так, например, если в составе экипажа есть специальный радист, командир танка включается в работу радиостанции через свой аппарат переговорного устройства. Аппараты переговорного устройства, включающиеся в работу радиостанции, имеют переключатели для перехода с внутренней связи на внешнюю. На рис. 152 показаны такие переключатели на аппаратах командира танка (он же радист) и командира башни.
Переговорное устройство питается током, поступающим от общей системы электрооборудования танка. Иногда для улучшения слышимости переговорное устройство снабжается усилительной лампой. Ток высокого напряжения, необходимый для питания лампы, поступает к ней от специального прибора — умформера (преобразователя).
На рис. 153 показано размещение радиостанции и аппаратов переговорного устройства в танке.
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ДВИГАТЕЛЬ
Двигатель по праву называют сердцем танка. Маневренность танка зависит в первую очередь от мощности двигателя. Надежность работы двигателя в значительной мере определяет боеспособность танка.
На современных танках устанавливают двигатели такого же типа, как на автомобилях и самолетах (не реактивных), т. е. двигатели внутреннего сгорания. На многих танках ставили, особенно прежде, автомобильные и авиационные двигатели. Но мощность автомобильного двигателя слишком мала для среднего и тяжелого танков; на таких танках пытались применять несколько автомобильных двигателей, соединенных в один силовой агрегат. Авиационные же двигатели, мощность которых достаточно велика, не рассчитаны на тяжелые условия работы в танке. Поэтому по мере развития танков автомобильные и авиационные двигатели все более уступали место специальным танковым двигателям.
РАБОТА ДВИГАТЕЛЯ
ОСНОВНЫЕ понятия
ДВИГАТЕЛЬ
Движущийся танк, преодолевая сопротивление движению, производит механическую работу. Способность тела совершать работу определяется запасом энергии, которым оно обладает. Летящий снаряд совершает работу, преодолевая сопротивление воздуха. Он обладает запасом кинетической энергии, сообщенной ему пороховыми газами при выстреле.
В паровом котле пар получается за счет теплоты, выделяемой при сгорании топлива (горючего). Водяной пар в паровой машине совершает работу, толкая поршень. Сгорание — это химическое соединение веществ, из которых состоит топливо, с кислородом воздуха. Тепло, выделяю^ щееся при сгорании, свидетельствует о том, что топливо обладает запасом энергии. Энергия, выделяемая при химических процессах (со-единения или разложения различных веществ), называется химической энергией.
Энергия может переходить из одного вида в другой: химическая в тепловую, тепловая в химическую, механическая в электрическую или вновь в тепловую и т. д. Так, например, при выстреле химическая энергия сгорающего взрывчатого вещества превращается в тепловую, а тепловая — в механическую энергию, сообщаемую снаряду. При всех этих превращениях энергия не исчезает и не создается вновь; совершается лишь переход одного вида движения материи, из которой состоят все тела, в другой вид.
Двигателем вообще называется машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу.
Двигатели, преобразующие тепловую энергию в механическую работу, называются тепловыми двигателями.
Устанавливаемые на танках двигатели внутреннего сгорания принадлежат к числу тепловых двигателей. В отличие от других тепловых двигателей, например от паровой машины, где топливо сгорает вне двигателя (в специальной топке), в двигателях внутреннего сгорания топливо сгорает внутри самого двигателя, в его цилиндрах; поэтому такой двигатель и называется двигателем внутреннего сгорания.
ГОРЮЧАЯ СМЕСЬ
В качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания чаще всего используют продукты, получаемые из нефти: бензин, керосин, дизельное топливо. Такие горючие состоят в основном из углерода и водорода. Чтобы горючее сгорело, т. е. чтобы углерод превратился в углекислый газ, а водород в воду, нужен кислород. Некоторое количество
кислорода может содержаться в самом горючем, но основная его часть
Подшипник
Рис. 154. Кривошипно-шатунный механизм двигателя
берется из воздуха; поэтому, чтобы сжечь горючее, его смешивают с воздухом.
Смесь горючего с воздухом называют горючей смесью. Чтобы горючее — бензин, дизельное топливо — сгорело полностью, в горючей смеси на 1 кг горючего должно приходиться 14—15 кг воздуха.
Горючее любого вида при полном сгорании дает вполне определенное количество тепловой энергии, исчисляемое в калориях. Один килограмм горючего, полученного из нефти, дает при
полном сгорании примерно 10 000—10 500 калорий. Эта
энергия может превратиться в. механическую только при определенных условиях, да и то, как будет показано дальше, далеко не полностью.
Если горючая смесь сгорает в открытом сосуде, образующиеся при этом газы рассеиваются; полезной работы они не совершают. Иначе обстоит дело в том случае, когда горючее сжигается в цилиндре, в который вставлен подвижный поршень (рис. 154). Стремясь расшириться, газы давят на днище поршня и заставляют последний перемещаться в цилиндре.
Двигатель, в котором горючая смесь образуется в цилиндре и воспламеняется от нагретого воздуха, благодаря предварительному его сжатию, называется двигателем с воспламенением от сжатия или дизелем.
Двигатель, в котором горючая смесь образуется вне цилиндра — в специальном приборе, называемом карбюратором, и воспламеняется электрической искрой, называется карбюраторным двигате-л ем.
На танках применяются двигатели обоих типов.
КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
Поршень в цилиндре движется вверх и вниз прямолинейно. Чтобы преобразовать прямолинейное движение во вращательное, поршень двигателя (см. рис. 154) шарнирно соединяют посредством шатуна с коленчатым валом, который может вращаться в подшипниках, служащих ему опорами.
При движении поршня верхняя головка шатуна движется прямолинейно вместе с поршнем, а нижняя вместе с шатунной шейкой колен-
чатого вала движется по окружности.
Цилиндр, поршень, шатун и коленчатый вал с его опорами образуют кривошипно-шатунный механизм двигателя.
Крайнее верхнее ней мертвой точкой (в. м. т.), крайнее нижнее положение — нижней мертвой точкой (н. м. т.) (рис. 155). В крайнем верхнем и крайнем нижнем положениях поршень меняет направление своего движения. Когда поршень находится в одном из крайних положений, оси коленчатого вала, нижней и верхней головок шатуна располагаются в одной плоскости. Н ика ко й силой, приложенной к поршню, нельзя вывести кривошипношатунный механизм
положение поршня в цилиндре называется в е р х-
Рис. 155. Верхняя и нижняя мертвые точки
из такого положения. Поэтому крайние положения поршня и получили
название мертвых точек.
Расстояние, которое проходит поршень от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. Это расстояние поршень проходит за полоборота коленчатого вала.
Объем цилиндра над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке, называется полным объемом цилиндра. Объем над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке, называется объемом камеры сжатия (или объемом камеры сгорания). Разность полного объема цилиндра и объема камеры сжатия носит название рабочего объема цилиндра. Значит, полный объем цилиндра равен рабочему объему плюс объем камеры сжатия.
Разделив полный объем цилиндра на объем камеры сжатия, найдем
степень сжатия двигателя:
степень сжатия
полный объем цилиндра объем камеры сжатия
Так, если полный объем цилиндра равен 3 л, а объем камеры ежа-з тия 0,2 л, то степень сжатия составит =
Степень сжатия — это один из важнейших показателей, определяющих тип двигателя, его экономичность и другие качества.
РАБОЧИЙ ЦИКЛ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В цилиндре работающего двигателя внутреннего сгорания последовательно совершаются такие процессы: впуск и сжатие горючей смеси (или воздуха), затем горение рабочей смеси и расширение продуктов сгорания и, наконец, выпуск отработавших газов. Совокупность различных процессов, происходящих в цилиндре двигателя с определенной последовательностью, образует цикл, в последующем периодически повторяющийся во время работы двигателя. Цикл может совершаться за четыре или за два хода поршня. Каждому ходу поршня соответствует один такт работы двигателя. Поэтому двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные.
Рассмотрим сначала рабочий цикл четырехтактного двигателя. Четыре такта, образующие этот цикл, называются тактами впуска, сжатия, расширения и выпуска (по тем основным процессам, которые происходят в каждом такте).
ВПУСК
(рис. 156)
Пусть поршень начинает двигаться вниз от верхней мертвой точки вследствие вращения коленчатого вала по инерции (если двигатель уже работает) или от постороннего источника энергии (при запуске). Так как объем цилиндра над поршнем при этом увеличивается, то давление в цилиндре становится меньше давления наружного воздуха, т. е. меньше атмосферного давления. В цилиндре создается разрежение. В это время наружный воздух (в дизеле) или горючая смесь (в карбюраторном двигателе) через открытый впускной клапан устремляется в цилиндр. Впуск будет продолжаться до тех пор, пока поршень не дойдет до нижней мертвой точки и впускной клапан не закроется (выпускной клапан все это время закрыт) *.
1 В действительности, как это будет показано ниже, моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с мертвыми точками.
Рис. 156. Схема работы четырехтактного двигателя. Такт впуска
Рис. 157. Схема работы четырехтактного двигателя. Такт сжатия
СЖАТИЕ (рис. 157)
От нижней мертвой точки поршень, попрежнему приводимый в движение коленчатым валом, пойдет вверх, сжимая находящийся в цилиндре воздух или горючую смесь; впускной клапан, как и выпускной, в это время закрыт.
Остановимся на явлениях, происходящих при сжатии воздуха или горючей смеси.
Молекулы газов в цилиндре находятся в непрерывном движении. Ударяясь о стенки цилиндра, они действуют на них с определенной силой. Величина этой силы, приходящаяся на площадь в один квадратный сантиметр поверхности, называется давлением. Давление измеряют в килограммах на один квадратный сантиметр (кг/см2}. Давление в 1 кг/см2 принято называть давлением в одну атмосферу.
Давление газа в закрытом сосуде передается во все стороны с одинаковой силой. Это значит, что на любую площадку размером в один квадратный сантиметр на стенке цилиндра или на днище поршня будет действовать одинаковая сила.
Когда газ сжимается, т. е. когда уменьшается объем неизменного количества газа, давление увеличивается, так как на одну и ту же площадку приходится больше ударов молекул. При этом, если поддерживать температуру постоянной, давление возрастает во столько же раз, во сколько уменьшится объем.
Так, если воздух, занимавший при давлении 1 ат объем 10 л, поместить в баллон объемом 2 л, т. е. уменьшить объем в 44 = 5 раз, давление увеличится с 1 до 5 ат.
Если при сжатии температура изменится, указанная зависимость между давлением и объемом нарушится. При сжатии газа его молекулы чаще сталкиваются друг с другом и двигаются быстрее. Увеличение скорости движения молекул воспринимается нами как повышение темпера-
Рис. 158. Изменение давления и температуры газа в цилиндре двигателя
туры газа. При нагреве давление также повышается. Это происходит потому, что более быстро движущиеся молекулы сильнее действуют на стенки сосуда. Таким образом, давление газа повышается как от уменьшения объема, так и от увеличения температуры.
Зависимость между объемом, давлением и температурой газа определяется формулой
PiVi __ p2Vs /J)
tx 4- 273° “ + 273° ’ v 7
В этой формуле через pi обозначено давление газа в кг/см2, через Vi — объем газа в кубических сантиметрах (см3), через Zi — температура газа в градусах Цельсия — все это при начальном состоянии газа, а через V2 и /2 — те же величины при его конечном состоянии, т. е. после изменений, происшедших с газом. Прибавление к температуре fi и t2 числа 273 вызвано тем, что при подсчете величин по формуле берется абсолютная температура, нуль которой ниже нуля по Цельсию на 273°
Чтобы понять, как изменяются величины, ние газа при работе двигателя, рассмотрим
характеризующие состоя-процесс сжатия воздуха
в цилиндре дизеля.
Пусть температура воздуха до сжатия /1 = 40°Ц (рис. 158,1), а его давление р\ = 1 ат. Допустим далее, что степень сжатия равна 15, т. е. объем V2 в 15 раз меньше объема Vi. Давление воздуха в конце сжатия (рис. 158, II) при такой степени сжатия может достигнуть 30—40 ат. Пусть оно равно р2 — 35 ат. Определим температуру воздуха, пользуясь приведенной выше формулой (1).
откуда
1-15V, __ 35 v2
40° + 273° + 273°
t __ 313-35
2 15
273° = 457° Ц.
Таким образом, температура воздуха, сжатого в цилиндре дизеля, будет весьма высокой. Если теперь впрыснуть в цилиндр горючее, то оно, Смешавшись с горячим воздухом, образует горючую смесь, воспламенится и сгорит.
В карбюраторном двигателе, как уже указывалось выше, будет сжиматься не воздух, а горючая смесь, в которой большая часть горючего уже испарилась и перемешалась с воздухом. В конце хода сжатия смесь сама не воспламеняется, так как в карбюраторном двигателе степень сжатия, а следовательно, и температура в конце такта сжатия значительно ниже, чем в дизеле; поэтому смесь нужно воспламенять электрической искрой.
РАСШИРЕНИЕ
(рис. 159)
Горючее при сгорании выделяет большое количество тепла, что приводит к значительному повышению температуры — до 2000° Ц и больше. Пусть температура продуктов сгорания смеси в нашем дизеле равна 2000°Ц. Определим давление газов к концу сгорания (см. рис. 158, III), считая, что объем за время сгорания не меняется, т. е. поршень продолжает находиться в верхней мертвой точке
По нашим условиям: V3 = V2; /2 = 457°; ts = 2000°; р2 = 35 ат.
Так как
А _______ Рз Уз
t3 + 273 t3 + 273 1
то
35 Vs ___ A V3 ________ A Vj?
457° + 273° ~ 2000° + 273° “' 2000°+ 273°
И
35-2273 1ПП
Рз = —узо— = 109 am-
Под этим давлением поршень пойдет вниз. Сила, действующая на него в начале расширения, очень велика. Так, при диаметре поршня 138 мм площадь его днища, на которую давят газы, равна 150 см2. На эту площадь будет действовать сила 109 - 150 = 16 350 кг, или около 16,5 т. В действительности давление на поршень будет несколько меньше, так как за время сгорания поршень перемещается вниз, объем газов возрастает, а давление падает.
Толкая поршень вниз и вращая коленчатый вал, газы совершают работу. На нее затрачивается часть тепловой энергии горючего; осталь
ная часть энергии уносится охлаждающей водой или воздухом и уходит с отработавшими газами, т. е. не используется.
В ходе расширения давление газов падает до нескольких атмосфер. Пусть в нашем примере оно составило к концу расширения р4 ==з ат (см. рис. 158, IV). Определим в этом случае температуру газа. Так как поршень дошел до нижней мертвой точки, то объем газа увеличился в 15 раз, или V4 = 15 V3.
Тогда
109- V8 __ 3-15Vs 2000° 4- 273° “ /4 + 273°
ИЛИ
= ---273° = 665° Ц.
Рис. 159. Схема работы четырехтактного двигателя. Такт расширения
1 В действительности это не так; сгорание происходит быстро, но не мгновенно.
Рис. 160. Схема работы четырехтактного двигателя. Такт выпуска
ВЫПУСК (рис. 160)
Таким образом, температура газов в конце расширения еще очень велика — газы обладают значительным запасом тепловой энергии. Однако превратить ее в механическую энергию и передать на коленчатый вал двигателя нельзя, так как поршень, дойдя до нижней мертвой точки, начинает двигаться вверх, выталкивая отработавшие газы наружу через открывшийся выпускной клапан.
После выпуска, когда поршень дойдет до верхней мертвой точки, цилиндр в основном очистится и будет готов к заполнению новой
порцией воздуха.
Однако некоторое количество отработавших газов останется в цилиндре. Они смешиваются с воздухом, поступающим в цилиндр в такте впуска, которым начнется новый рабочий цикл. Значит, горючая смесь, образующаяся в цилиндре после поступления в него топлива, будет смешана с остатком отработавших газов. Такая смесь, в отличие от горючей, называется рабочей смесью.
Поскольку отработавшие газы не могут уже выделить энергию, желательно, чтобы в рабочей смеси их было возможно меньше.
ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Рассматривая работу двигателя, мы предполагали, что впускной и выпускной клапаны открываются и закрываются точно в мертвых точках, так что каждый из клапанов открыт в течение одного хода поршня или полоборота коленчатого вала. В действительности, для того чтобы обеспечить лучшее заполнение цилиндра воздухом или горючей смесью и лучшую очистку цилиндра от отработавших газов, впускной клапан обычно открывается раньше, чем поршень достигнет верхней мертвой точки, а закрывается после того, как поршень пройдет нижнюю мертвую точку; выпускной клапан открывается до нижней мертвой точки и закрывается после верхней мертвой точки.
Моменты, когда открываются и закрываются впускной и выпускной клапаны, называются фазами газораспределения (рис. 161). Фазы газораспределения выражают углами отклонения коленчатого вала по отношению к верхней и нижней мертвым точкам.
Для разных двигателей устанавливают разные фазы газораспределения. Обычно впускной клапан начинает открываться в конце такта выпуска, когда коленчатый вал еще не дошел на 6—25° до положения, соответствующего верхней мертвой точке. Указанный угол выбирают с таким расчетом, чтобы к моменту, когда в цилиндре возникнет разрежение, клапан был достаточно открыт.
Закрывается впускной клапан после того, как коленчатый вал пройдет на 35—75° положение, соответствующее нижней мертвой точке. Хотя поршень в этом случае уже идет снова вверх, воздух (смесь), по инерции продолжая поступать в цилиндр, лучше заполняет его.
Выпускной клапан открывается в конце расширения, за 40—60° до-прихода коленчатого вала в положение, соответствующее нижней мертвой точке. Открытие выпускного клапана раньше, чем поршень подойдет к нижней мертвой точке, способствует лучшей очистке цилиндра, так как в этом случае увеличивается продолжительность выпуска. Правда, при этом несколько хуже используется энергия газов — с открытием клапана газы, устремляясь в атмосферу, уменьшают давление на поршень. Но открывается клапан в конце расширения, когда давление в цилиндре значительно понижается и работа газов уже заканчивается; поэтому потеря энергии вследствие раннего открытия клапана будет невелика. Благодаря же более раннему открытию выпускного клапана давление газов на поршень при выпуске уменьшается; ввиду этого на движение поршня вверх приходится затрачивать меньше энергии.
Закрывается выпускной клапан через 5—40° после верхней мертвой точки, когда поршень уже идет вниз. Газы по инерции продолжают еще некоторое время выходить через открытый выпускной клапан, благодаря чему цилиндр лучше очищается от отработавших газов.
Фазы газораспределения значительно влияют на мощность двигателя. Они, как будет указано ниже, должны быть правильно установлены, т. е. действительные фазы должны соответствовать тем, которые рекомендованы заводом.
Рис. 162. Маховик
МАХОВИК
Рабочий цикл в четырехтактном двигателе внутреннего сгорания, как мы видели выше, совершается за четыре хода поршня (два вверх и два вниз), т. е. за два оборота коленчатого вала. Из этих четырех ходов только ход расширения является рабочим ходом. Остальные три хода — впуск, сжатие, выпуск — вспомогательные. Чтобы поршень мог совершить эти три хода, коленчатый вал двигателя должен продолжать вращаться и после рабочего хода, причем вращение должно быть возможно более равномерным.
Равномерное вращение вала поддерживается маховиком. Маховик (рис. 162) представляет собой диск с массивным ободом, насаженный на конец коленчатого вала. Большая инерция тяжелого маховика позволяет ему продолжать вращаться сравнительно рав-
номерно во время вспомогательных тактов, вследствие чего вращается ч коленчатый вал, приводящий в движение поршень.
рабочий цикл двухтактного двигателя
В двухтактном двигателе, в отличие от четырехта(Ктного, на каждый рабочий ход приходится не три, а только один вспомогательный ход. Рабочий цикл двигателя происходит за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. Такты впуска и выпуска исключаются из рабочего цикла и заменяются продувкой, которая происходит в конце хода расширения и в начале хода сжатия.
На танковых двигателях (а также на авиационных и автомобильных) продувка осуществляется при помощи специального продувочного насоса, подающего воздух в цилиндры. В зависимости от направления движения продувочного воздуха в цилиндре продувка бывает поперечной, петлевой или прямоточной.
Рассмотрим схему работы двухтактного двигателя с поперечной продувкой.
Как видно из рис. 163, на противоположных сторонах цилиндра имеются два окна — 1Продувочное и выпускное (в действительности делается несколько окон каждого типа). Продувочное окно соединено с воздушной камерой (ресивером), выпускное — с атмосферой. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, он закрывает оба окна. Продукты сгорания рабочей смеси толкают поршень вниз. Происходит расширение.
Двигаясь вниз, поршень открывает сначала выпускное окно, отработавшие газы устремляются из цилиндра в атмосферу, и давление в цилиндре падает. Вслед за этим открывается продувочное окно, верхняя кромка которого несколько ниже верхней кромки выпускного окна. Начинается продувка цилиндра.
Расширение
Продувка Сжатие
Рис. 163. Схема работы двухтактного двигателя с поперечной продувкой
Воздух, поступающий из камеры, заполняет цилиндр, выталкивая оставшиеся отработавшие газы. Расположение и форма окон, а также специальный козырек, имеющийся часто на поршне, не позволяют воздуху проходить прямо к выпускному окну, а направляют его поток вверх, благодаря чему лучше очищается верхняя часть цилиндра.
Когда поршень, пройдя нижнюю мертвую точку, движется вверх, продувка продолжается благодаря давлению, создаваемому нагнетателем, и инерции потока газов. После того как поршень закроет окна, начнется процесс сжатия.
Заметим, что в двухтактном двигателе следует отличать такт сжатия, начинающийся с нижней мертвой точки, от процесса сжатия, который начинается лишь после того, как поршень закроет выпускное окно.
В конце сжатия в цилиндр впрыскивается порция горючего, оно самовоспламеняется, и цикл начинается сначала.
Петлевая продувка (рис. 164, Б) отличается от поперечной (рис. 164, Д) тем, что оба окна располагаются на одной стороне цилиндра, и поэтому поток воздуха имеет форму петли.
Газораспределение, т. е. заполнение и очистка цилиндра при поперечной и петлевой продувке выполняется через окна (щели), т. е. так, как было описано выше. Такое распределение называется щелевым.
Недостатком поперечной (а также и петлевой) продувки является несовершенная очистка цилиндра от отработавших газов, так как в цилиндре неизбежно образуются «мешки» — объемы, которые не очищаются продувочным воздухом потому, что он туда не попадает. В этом отношении лучше прямоточная продувка, при которой воздух прямым потоком направляется к верхней части цилиндра. Схема двигателя с прямоточной продувкой приведена на рис. 165. В этой схеме применено клапанно-щелевое газораспределение (возможна прямоточная продувка и при другом устройстве распределения).
Как видно из рисунка, разница между поперечной и прямоточной продувками заключается в том, что в последнем случае выпускные окна заменены клапаном. Он открывается посредством специального привода, как и в четырехтактном двигателе. Выпускной клапан начинает открываться примерно после двух третей хода расширения. Вслед за открытием клапана поршень открывает продувочные окна, и начинается продувка, продолжающаяся до закрытия окон в такте сжатия.
Рис. 164. Поперечная (Л) и петлевая односторонняя (Б) продувка цилиндра
Преимущества этого способа продувки для улучшения очистки цилиндра и заполнения его воздухом очевидны. Однако данный способ требует более сложного устройства газораспределения.
Двухтактный цикл получил распространение главным образом для дизелей, в которых цилиндры продуваются воздухом. В карбюраторных двигателях продувку приходится производить свежей горючей смесью, часть которой при этом выбрасывается наружу с отработавшими газами. Потеря горючей смеси увеличивает расход горючего, т. е. снижает экономичность двигателя; поэтому карбюраторные двухтактные двм1па-тели применяются лишь для мотоциклов и автомобилей весьма малой мощности, когда стремятся возможно более упростить двигатель и уменьшить его размеры. В этих случаях нередко отказываются даже от
Рис. 165. Схема работы двухтактного двигателя с прямоточной продувкой
И азы рек
Расширение
Продувочное окно I (впускное)\
Картер
Окно впуска смеси
Продувка
Сжатие
Рис. 166. Поперечная кривошипно-камерная продувка
продувочного насоса, используя для продувки цилиндра движение поршня вниз (рис. 166).
Работает такой двигатель следующим образом. Горючая смесь поступает из карбюратора через окно впуска в картер двигателя, изолированный от атмосферы и связанный с верхней частью цилиндра через продувочное окно. В начале такта расширения поршень сжимает смесь, находящуюся в картере. Сжатая смесь начинает поступать в цилиндр после того, как откроется продувочное окно. В такте сжатия поршень, двигаясь вверх, создает в картере разрежение, вследствие чего горючая смесь засасывается из карбюратора. Такая продувка называется кривошипно-камерной, так как она осуществляется самим кривошипно-шатунным механизмом.
Двигатели большой мощности обязательно снабжаются продувочным насосом. Существуют продувочные насосы разных типов. На рис. 167 показан в качестве примера объемный продувочный насос. В нем давление воздуха создается вращением в противоположные стороны двух фасонных барабанов (роторов), которые засасывают воздух с той стороны, где выступы барабанов расходятся, и нагнетают его в противоположную сторону.
Рис. 167. Продувочный насос двухтактного двигателя
ДИЗЕЛЬ И КАРБЮРАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
На рис. 168 показаны примерные температуры и давления в цилиндре дизеля и в цилиндре карбюраторного двигателя в разные моменты рабочего цикла. При сравнении данных карбюраторного двигателя с данными дизеля видно, прежде всего, что давление в конце сжатия и в конце сгорания у карбюраторного двигателя гораздо ниже, чем
впуска расширения
Рис. 168. Температуры и давления
в цилиндре
двигателя
у дизеля. Это объясняется тем, что степень сжатия у карбюраторных двигателей значительно меньше, чем у дизелей: у карбюраторного двигателя 4—7, у дизеля 13—18.
Повышение степени сжатия увеличивает процент используемого в двигателе тепла и, следовательно, уменьшает расход горючего. Однако при повышении степени сжатия в карбюраторном двигателе возможны самовоспламенение и детонация горючего.
ВОСПЛАМЕНЕНИЕ ОТ СЖАТИЯ
Так как в цилиндре карбюраторного двигателя сжимается не воздух, а рабочая смесь, то частицы горючего, нагреваясь при сжатии, могут воспламениться раньше, чем смесь будет воспламенена электрической искрой. Давление газов при сгорании будет препятствовать движению поршня вверх, а к началу хода расширения их энергия будет уже в значительной мере израсходована — часть тепла уйдет через стенки цилиндра. Мощность двигателя в этом случае резко падает.
Чем выше степень сжатия, тем сильнее нагревается рабочая смесь и тем больше опасность ее воспламенения от сжатия.
ДЕТОНАЦИЯ
При детонации горючее сгорает во много раз быстрее, чем при обычном горении; так, при детонации пламя распространяется со скоростью 2500—3000 м/сек, что примерно в 100 раз быстрее, чем при обычном сгорании. В цилиндре происходит взрыв, подобный взрыву пороха в стволе оружия, вследствие чего происходит резкий удар.
Сущность явления детонации окончательно еще не установлена. Обычно считают, что под действием высокой температуры и давления в горючем происходят химические превращения, в результате которых образуются так называемые пероксиды; эти вещества и взрываются в цилиндре.
В отличие от самовоспламенения, происходящего до зажигания смеси электрической искрой, детонация происходит после зажигания, когда повышаются давление и температура смеси. Продолжительная работа с детонацией приводит к разрушению деталей двигателя и выходу его из строя.
Детонация зависит от сорта применяемого горючего. Различные сорта горючего неодинаково склонны к детонации. Так, опасность детонации в карбюраторном двигателе при работе на керосине значительно больше, чем при работе на бензине; поэтому керосиновые двигатели редко имеют степень сжатия больше 4. Разным сортам бензина детонация свойственна тоже в различной мере.
Склонность горючего к детонации, а следовательно, и возможность применения его при той или иной степени сжатия определяются октановым числом.
Октановое число определяют, сравнивая испытуемое горючее со смесью изооктана — горючего вещества, мало склонного к детонации, и нормального гептана — сильно детонирующего вещества. Так, например, если бензин начинает детонировать при той же степени сжатия и на одном и том же двигателе, что и смесь из 70% изооктана и 30% гептана, то говорят, что октановое число бензина равно 70.
Чем выше октановое число, т. е. чем ближе бензин по свойствам к чистому изооктану, тем меньше опасность детонации, поэтому горючее с более высоким октановым числом можно применять при более высокой степени сжатия. Иногда для двигателей с весьма высокой степенью сжатия, главным образом авиационных, применяют горючее с октановым числом выше 100, т. е. еще менее склонное к детонации, чем изо-октан.
Склонность к детонации уменьшается, если к бензину прибавлять в небольших количествах специальные вещества — антидетонаторы: этиловую жидкость, карбонил железа и др.
Детонация зависит также от нагрузки двигателя, его оборотов, состава горючей смеси, температуры воздуха, поступающего в двигатель, и других факторов, на которых мы здесь не останавливаемся.
ПРЕИМУЩЕСТВА ДИЗЕЛЯ И ЕГО НЕДОСТАТКИ
Стремление повысить степень сжатия заставляет применять для' карбюраторных двигателей высококачественный бензин. Однако и в этом случае степень сжатия карбюраторного двигателя примерно вдвое меньше, чем дизеля, работающего на дизельном топливе или тракторном керосине. Эти сорта горючего значительно безопаснее бензина в пожарном отношении и дешевле его. Кроме того, при перегонке тонны
нефти можно получить (без специальной переработки) примерно 30 кг бензина, а дизельного топлива в 8 раз больше —240 кг.
Главным преимуществом дизеля над карбюраторным двигателем является большая экономичность вследствие более высокой степени сжатия и меньшая стоимость применяемого горючего.
С увеличением степени сжатия, как будет показано ниже, увеличивается часть тепловой энергии горючего, переходящая в полезную работу, и уменьшается энергия, теряемая с отработавшими газами, а также отводимая с охлаждающей водой.
Лучшее использование тепловой энергии в дизеле определяет его значительно большую экономичность по сравнению с карбюраторным двигателем; расход горючего у дизеля на единицу мощности значительно меньше (160—200 е/л. с. ч.), чем у карбюраторного двигателя (230— 280 г/л. с. ч.). Это дает возможность при одной и той же емкости топливных баков повысить запас хода танка.
Кроме того, применение тяжелого (дизельного) топлива повышает пожарную безопасность как при эксплуатации машин, так и при хранении горючего.
Однако дизель имеет и свои недостатки. Так, более высокое давление в цилиндре дизеля требует увеличения прочности всех его деталей; это приводит к увеличению размеров двигателя и его веса. При одинаковой мощности дизель будет больше по размерам и тяжелее карбюраторного двигателя. Например, карбюраторный двигатель мощностью 1200 л. с. весит 700—800 кг, а авиационный дизель той же мощности — 1100—1200 кг, т. е. почти в Р/2 раза тяжелее.
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ И мощность
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, ОБОРОТЫ, мощность
Если приложить к телу оилу, оно начнет двигаться прямолинейно. Чтобы повернуть тело, надо приложить к нему пару сил, т. е. две равные и противоположные по направлению силы, действующие на некотором расстоянии одна от. другой (рис. 169).
Рис. 169. Сила и пара сил
Это положение на первый взгляд противоречит повседневному опыту; например, толкая положенный на стол предмет, всегда можно найти ряд точек приложения силы, при которых он будет поворачиваться. Однако в действительности и в этих случаях к телу будет приложена пара сил, как показано на рис. 169. Второй силой этой пары будет равнодействующая сил трения, возникающих между предметом и столом и препятствующих движению предмета. Лишь в случае, когда
толкающая сила и равнодействующая сил трения будут действовать по одной прямой, предмет будет двигаться прямолинейно.
Если бы тело могло двигаться без сопротивления, оно вое же повернулось бы под действием силы в случае, когда последняя приложена не к центру его тяжести. Второй силой пары здесь будет сила инерции, приложенная к центру тяжести. Поэтому даже тогда, когда кажется, что на тело действует только одна сила, а оно все же поворачивается, мы имеем дело с парой сил. Надо только уметь найти вторую силу этой пары.
Действие пары сил на тело зависит от величины этих сил и расстояния между ними — плеча пары. Величина пары определяется моментом пары. Момент пары М — это произведение силы Р на плечо а (см. рис. 169):
М = Ра.
Моменты двух пар, показанных на рис. 170, одинаковы
2Р- ~ = Ра, хотя силы и плечи этих пар различны.
Так, если сила одной пары Р=10 кг, плечо а = 2 м, а второй 2Р = 20 кг, плечо -^= 1 м, то моменты пар будут равны. Действительно,
М= 10-2 = 20-1 =20 кгм.
Поэтому любая из данных пар сил произведет на тело одинаковое действие. Не имеет значения и то, где приложена пара; ее можно пере-
мещать в плоскости ее приложения.
В двигателе давление газов на поршень передается через шатун коленчатому валу и создает пару сил, вращающую вал. Второй силой этой пары будет сила, которой подшипники удерживают вал и не дают ему перемещаться, как это показано на рис. 171. Здесь стрелками изображены силы, действующие на шатун, и силы, приложенные к кривошипу коленчатого вала от шатуна и подшипников. Как видно из рисунка,
по мере движения поршня момент пары сил, приложенных к кривошипу, непрерывно изменяется, так как меняются и силы, и плечо пары.
В левой части рисунка показано положение поршня в верхней мертвой точке; плечо пары здесь равно нулю. В этом положении коленчатый вал начать вращаться не может. Вращающийся по инерции маховик выводит вал из «мертвого» положения.
При вращении вала плечо пары будет сначала увеличиваться, потом уменьшаться. Из-за изменения момента двигатель должен был бы работать очень неравномерно; в действительности неравномерность его работы сглаживается маховиком. Благодаря маховику средний за цикл момент на коленчатом валу, пере-
Рис. 170. Моменты обеих пэр сил одинаковы
Рис. 171. Пара сил, приложенная к коленчатому валу
даваемый двигателем трансмиссии танка, будет постоянным, если постоянны условия движения танка. Этот момент называется крутящим м о м е н т о м двигателя (рис. 172).
Величина крутящего момента связана с величиной работы, которую может совершить двигатель за один оборот коленчатого вала. Дей-
Рис. 172. Крутящий момент двигателя
ствительно, работа равна произведению силы на путь ее действия. За один оборот вала сила Р пары 1 (см. рис. 170), приложенная к кривошипу, совершит работу на пути, равном длине окружности радиуса а. Вторая сила Р, приложенная к оси вала, работы не производит, так как точка ее приложения не перемещается (путь равен нулю).
Так как длина окружности равна 2 тса, то работа пары сил будет равна 2Рка. Но Ра = М, значит работа за один оборот коленчатого вала двигателя составит 2тс/И. Подставив вместо тс его значение, получим, что работа
IF = 6,28 М кгм.
Отсюда следует, что чем больше крутящий момент двигателя, тем большую работу двигатель может совершить за один оборот коленчатого вала.
1 Р — средняя сила за один оборот,
соответствующая среднему моменту.
Если коленчатый вал двигателя делает тгд оборотов в минуту (сокращенно, об/мин), то работа за одну минуту будет в тгд раз больше, чем за один оборот, т. е. 6,28 М тгд кгм/мин. Разделив эту величину на 60, найдем мощность в кгм/сек, а разделив ее еще на 75, получим мощность в лошадиных силах (1 л. с. — 75 кгм/сек).
Обозначив мощность двигателя через получим
дт 6,28Л4Дд Мпл
д 60-75 716,2 ’ 7
Таким образом, мощность двигателя определяется его крутящим моментом и числом оборотов коленчатого вала.
Одну и ту же мощность можно получить три большом моменте и малых оборотах (малооборотные двигатели: судовые, тепловозные, тракторные) или при малом моменте и больших оборотах (быстроходные двигатели: автомобильные, авиационные, танковые).
ЗАВИСИМОСТЬ РАЗМЕРОВ ДВИГАТЕЛЯ ОТ ЕГО ОБОРОТОВ
Для танка чрезвычайно важны размеры двигателя. Двигатель с вспомогательными механизмами занимает иногда до 74 всего объема корпуса танка. Уменьшив размеры двигателя, можно увеличить место, отводимое для экипажа и вооружения, или уменьшить размеры и вес танка.
При одной и той же мощности размеры двигателя будут тем меньше, чем больше число оборотов коленчатого вала.
В самом деле, пусть один двигатель делает 2000, а другой 4000 об/мин. Чтобы получить одинаковую мощность, надо сжечь в цилиндре за одну минуту одинаковое количество горючего, допустим 1000 г. Тогда в первом двигателе на каждый оборот приходится 2~000~~ в»* г гоРючего> а D0 втором =0,25 г (вдвое меньше). Соответственно уменьшится и количество воздуха, нужного для сгорания.
Это значит, что объем цилиндра второго двигателя можно уменьшить вдвое по сравнению с первым. С уменьшением объема цилиндра уменьшаются его размеры и вес, уменьшаются также размеры и вес поршня, шатуна, коленчатого вала и других деталей двигателя; весь двигатель становится меньше и легче. Таким образом, высокооборотный двигатель выгоднее для танка, чем низкооборотный.
Коленчатые валы двигателей мотоциклов и гоночных автомобилей делают 5000—6000 об/мин, а иногда и больше. Танковые двигатели не такие высокооборотные: дизели делают 2000—2300 об/мин, а карбюраторные двигатели 2500—3500.
Как уже указывалось, работа двигателя за один оборот коленчатого вала тем больше, чем больше крутящий момент. Следовательно, при одинаковых оборотах мощность двигателя может быть различной в зависимости от величины крутящего момента. В свою очередь, крутящий момент зависит от ряда показателей (параметров), характеризующих работу двигателя. Рассмотрим каждый из них в отдельности.
ЛИТРАЖ
Чем больше размеры цилиндра, тем больше вместится в нем горючей смеси, тем больше будет крутящий момент и, следовательно, мощность при одних и тех же оборотах двигателя; поэтому крутящий момент зависит, прежде всего, от рабочего объема цилиндра, а если двигатель имеет несколько цилиндров — от их общего объема или от литража двигателя. Литражем называется сумма рабочих объемов всех цилиндров двигателя, выраженная в литрах.
НАПОЛНЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ
При одном и том же литраже в цилиндре двигателя может вместиться разное весовое количество горючей смеси. Чем выше давление, под которым находится горючая смесь, тем ближе друг к другу ее частицы и тем больше их вес в одном и том же объеме. В то же время при повышении температуры уменьшается вес горючей смеси в данном объеме при данном давлении, так как газы при нагревании расширяются. Таким образом, вес смеси, заполняющей цилиндр, или, как говорят, наполнение двигателя, тем больше, чем выше давление, и тем меньше, чем выше температура в конце впуска.
Давление в конце впуска несколько ниже атмосферного, и, следовательно, в цилиндре вмещается меньше смеси, чем могло бы вместиться при атмосферном давлении. Чтобы улучшить наполнение, на некоторых двигателях применяют наддув, т. е. специальным нагнетателем подают воздух в цилиндр под давлением.
Нагнетатель может приводиться во вращение коленчатым валом двигателя или отработавшими газами, вращающими лопастное колесо турбины, которое посажено на одном валу с рабочим колесом нагнетателя. Нагнетатели второго типа называются турбонагнетателями или турбокомпрессорами. Такой способ позволяет использовать часть энергии отработавших газов и тем несколько увеличить экономичность двигателя. Однако в этом случае при запуске двигателя трудно получить давление, нужное для осуществления продувки; поэтому двухтактные двигатели чаще имеют приводные нагнетатели. Турбонагнетатели применяются на четырехтактных двигателях, работающих с наддувом, т. е. в таких, где воздух или горючая смесь не засасывается в цилиндр поршнем, а подается под давлением.
Наполнение двигателя в большой степени зависит от фаз газораспределения. Время, на которое открывается впускной клапан, очень невелико: при 3000 об/мин клапан открыт около 0,01 секунды. В то же время воздух или горючая смесь, поступающая в цилиндр по узким трубам и каналам с большой скоростью, встречает на своем пути значительное сопротивление, вследствие чего давление в цилиндре уменьшается; поэтому быстроходные двигатели обычно имеют большие фазы газораспределения, т. е. клапаны открываются с большим опережением, а закрываются с большим запаздыванием относительно мертвых точек.
В карбюраторных двигателях приходится подогревать горючую смесь, так как в холодном воздухе горючее плохо испаряется и поэтому не может быть равномерно смешано с воздухом. При повышении температуры смеси ухудшается наполнение цилиндров двигателя.
Чем лучше наполнение, тем больше смеси поступает в цилиндр, тем больше крутящий момент и мощность двигателя.
ЧИСЛО ТАКТОВ
В двухтактном двигателе зарядка цилиндра происходит один раз за каждый оборот коленчатого вала, а в четырехтактном двигателе — один раз за два оборота; поэтому в двухтактном двигателе по сравнению с четырехтактным (при одинаковых размерности и оборотах) за каждый оборот можно сжечь больше горючего и получить большую работу, т. е. повысить среднюю величину крутящего момента и мощность. Однако неверно было бы считать, что при одном и том же объеме цилиндра и одних и тех же оборотах в двухтактном двигателе можно получить вдвое большую мощность, чем в четырехтактном. Действительно, 164
часть хода поршня двухтактного двигателя в обоих тактах используется для продувки, иначе говоря, часть объема цилиндра как бы исключается из работы. Кроме того, как уже отмечалось, в двухтактном быстроходном двигателе цилиндр очищается и наполняется хуже и, следовательно, за один цикл в нем сгорает меньше горючего, чем в четырех тактном; поэтому в действительности мощность двухтактного двигателя превышает мощность четырехтактного при равных условиях примерно в Р/г раза.
СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ
Сжигая в цилиндре одно и то же количество горючего, можно получить неодинаковую мощность в зависимости от того, какая часть тепла превратится в полезную работу. Очень большое влияние на использование тепла оказывает степень сжатия.
Чем больше степень сжатия, тем меньший объем занимает в начале сгорания рабочая смесь. Так, если полный объем цилиндра составляет Зли степень сжатия равна 6, то объем рабочей смеси в начале сго-3 3
рання будет -g- = 0,5 л, а при степени сжатия 15 — всего -уу = 0,2 л. При уменьшении объема уменьшается, и площадь стенок цилиндра, с которыми соприкасается сгорающая смесь; поэтому с повышением степени сжатия уменьшается количество тепла, уходящего через стенки цилиндра, и больше тепловой энергии превращается в полезную работу.
Чем выше степень сжатия, тем больше расширяются газы во время рабочего хода, совершая большую работу за счет своей тепловой энергии. Температура отработавших газов снизится, поэтому количество уносимой ими энергии уменьшится. Наконец, чем сильнее сжата смесь, тем ближе одна к другой частицы горючего и тем быстрее оно сгорит. С увеличением скорости сгорания потеря тепла через стенки цилиндра также уменьшится.
По этим причинам с увеличением степени сжатия возрастает крутящий момент и мощность двигателя, особенно карбюраторного.
СОСТАВ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ
Выше мы указывали, что для полного сгорания горючей смеси в ней должно быть около 15 кг воздуха на 1 кг горючего. Если допустить, что теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива равно 15 кг, то такая смесь называется нормальной. Если на 1 кг горючего приходится больше воздуха, смесь называется бедной, если меньше — богатой.
Богатая однородная (т. е. хорошо перемешанная) смесь может сгорать, если воздуха в ней не меньше 6 кг, а бедная — если воздуха не больше 21 кг на 1 кг горючего. Это — пределы, вне которых сгорание однородной смеси вообще невозможно.
Наибольшую мощность двигатель развивает при работе не на нормальной, а на несколько обогащенной смеси, содержащей 12—13 кг воздуха на 1 кг горючего (для бензинового двигателя). При таком составе горючее сгорает наиболее быстро, так как его частицы сближаются (хотя между ними еще остается достаточно кислорода для воспламенения большей их части) и пламя быстрее передается от одной частицы к другой. Как и при повышении степени сжатия, в этом случае уменьшается количество тепла, уходящего через стенки цилиндров, а давление на поршень повышается. Кроме того, на увеличение мощности оказывают влияние некоторые другие обстоятельства, на которых мы здесь не останавливаемся.
Дальнейшее обогащение смеси приводит к быстрому уменьшению крутящего момента и мощности, так как все большая часть горючего не сгорает. В то же время скорость сгорания остальной части уменьшается.
В дизелях смесь образуется в самом цилиндре, поэтому время на ее образование очень ограничено (в 10—20 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе) и смесь всегда получается неоднородной. Для полного сгорания горючего в дизеле требуется больше воздуха, чем это определено теоретически, а именно не менее 18 кг на 1 кг горючего. Чем выше обороты двигателя, тем меньше времени приходится на перемешивание горючего с воздухом и тем хуже проходит процесс сгорания. Если повысить обороты сверх максимально допустимых для данного двигателя, дизель начнет дымить. Дымление — признак того, что часть горючего выбрасывается наружу, прежде чем оно успеет сгореть.
Итак, карбюраторный двигатель развивает наибольшую мощность на несколько обогащенной смеси. Дизель всегда работает на обедненной смеси, но и в нем для повышения мощности необходимо увеличивать содержание горючего в смеси, т. е. относительно обогащать смесь.
МОМЕНТ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ
Чтобы рабочая смесь сгорела, требуется некоторое время. Если
воспламенить смесь, когда поршень придет в верхнюю мертвую точку, большая часть горючего сгорит при движении поршня вниз, т. е. при увеличении объема цилиндра. При сгорании смеси в большом объеме
значительное количество тепла уходит через стенки цилиндра, темпера
тура газов и давление их на поршень уменьшаются; поэтому зажигание рабочей смеси в карбюраторных двигателях и впрыск горючего в дизелях производят, когда поршень еще не дошел до верхней мертвой точки, т. е. с некоторым опережением. Величина опережения зажигания или впрыска горючего различна для разных двигателей. Кроме того, чем
больше число оборотов одного
Рис. 173. Опережение впрыска
и того же двигателя, тем раньше воспламеняют смесь, чтобы значительная часть ее сгорела к моменту, когда поршень придет в верхнюю мертвую точку, т. е. опережение увеличивают с повышением оборотов.
При слишком большом опережении мощность двигателя снижается. В этом случае резкое повышение давления газов на поршень, идущий вверх, усиливает препятствие вращению коленчатого вала. Одновременно увеличиваются потери тепла через стенки цилиндра.
Для каждого двигателя наибольшая мощность получается при определенном, наивыгоднейшем моменте начала впрыска (для дизелей) или при наивыгоднейшем опережении зажигания рабочей смеси (в карбюраторных двигателях). Момент начала впрыска в дизелях обычно соответствует положению поршня, при котором коленчатый вал не дошел до верхней мертвой точки на 10—35° (зависит от числа оборотов и конструкции топливоподающей системы двигателя).
ЛИТРОВАЯ МОЩНОСТЬ
Поскольку особое значение для танкового двигателя имеют его размеры, желательно при данном литраже получить наибольшую мощность, а при данной мощности иметь наименьший литраж. Чтобы сравнить с этой точки зрения различные двигатели между собой, сопоставляют их
литровую мощность, т. е. количество лошадиных сил, на 1 л рабочего объема цилиндров:
приходящихся
литровая
мощность =
мощность двигателя литраж
Так, при мощности двигателя 500 л. с. и литраже 40 л литровая мощность составляет
500 1 о .
= 12,5 л. с.[л.
Литровая мощность танковых двигателей находится в пределах 10—30 л. с. на 1 л. Большие литровые мощности соответствуют высокооборотным, а также двухтактным двигателям. Для сравнения укажем, что литровая мощность авиационных двигателей доходит до 45 л. с./л.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ГОРЮЧЕГО
Из тепла, выделяемого при сгорании горючего, в полезную работу превращается лишь небольшая часть. Примерное распределение энергии сгорающего в двигателе горючего показано на рис. 174. Данные без ско-
Распределение энергии в двигателе *
Энергия горючего
*
Б «3
i
§ S
§ ' 5 *
Энергия, используемая на коленчатом в-алу
Энергия отрабо Z(36Z) тавших газов
_ Тепловая энер-\ гия, потерли-
1 %!33%) ная через стен--.У'.;-у ' ки цилиндров в охлаждающую воду
...•—Jp^uue в двига-7 %) (тпеле + изл учение
Рис. 174. Распределение энергии сгорающего в двигателе горючего:
А — энергия отработавших газов, используемая на подогрев рабочей смеси; Б — энергия охлаждающей воды, идущая на подогрев рабочей смеси через стенки цилиндров; В и Д — тепловая энергия, образующаяся в результате трения деталей, отводится отработавшими газами и охлаждающей водой; Г — тепловая энергия отработавших газов, отводимая в охлаждающую воду; Е — излучение выпускных труб; Ж — излучение блока и головки цилиндров; 3 — излучение омываемых водой стенок двигателя
бок относятся к дизелям, в скобках — к карбюраторным двигателям. Из рисунка видно, что в дизелях 34% энергии уходит в виде тепла с отработавшими газами, 26%—с водой, охлаждающей цилиндры двигателя, 8% тратится на трение в механизмах (трение поршней о стенки цилиндров, трение в подшипниках коленчатого вала и т. д.) и излучение тепла через стенки двигателя.
В дизелях только 32% энергии горючего, а в карбюраторных двигателях всего 24% превращается в полезную работу. Таким образом, из каждого килограмма горючего около 700 г расходуется бесполезно.
Однако часть энергии, уносимой с отработавшими газами или охлаждающей водой, можно использовать. Так, на рис. 174 буквами Л и Б обозначена та часть тепловой энергии отработавших газов и воды, которая используется для подогрева горючей смеси, т. е. для улучшения рабочего процесса двигателя. В автомобилях и самолетах применяют горячую воду или отработавшие газы, выходящие из двигателя, для отопления машины.
Сравнивая процент энергии горючего, превращаемой в полезную работу в дизелях и в карбюраторных двигателях, мы видим, что для дизелей этот процент выше примерно на одну треть. Следовательно, для получения той же мощности в дизеле надо сжечь меньше горючего. Иначе говоря, как уже отмечалось, дизель гораздо экономичнее карбюраторного двигателя.
УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ГОРЮЧЕГО
Экономичность двигателя оценивают расходом горючего на одну лошадиную силу за час работы двигателя. Этот расход называют удельным расходом горючего. Так, если двигатель мощностью 500 л. с. расходует в течение часа 90 кг горючего, то на \ л. с. в час придется 90 000:500= 180 г горючего. Удельный расход горючего позволяет сравнивать двигатели с точки зрения их экономичности.
Удельный расход горючего для дизелей составляет 160—200 г/л.с.ч. (как исключение 230 г/л.с.ч.), для карбюраторных двигателей 230—280 г/л. с. ч.
Экономичность двигателя в значительной мере зависит от состава горючей смеси. При работе на обогащенной смеси повышается мощность двигателя, но зато увеличивается расход горючего, так как часть его не может сгореть из-за недостатка кислорода. Наиболее выгодна с точки зрения расхода горючего работа на несколько обедненной смеси.
СКОРОСТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЯ
Скоростной характеристикой двигателя называют графики, которые показывают, как с изменением числа оборотов двигателя меняется его мощность, крутящий момент (рис. 175) и расход горючего.
Скоростная характеристика двигателя определяется опытным путем на специальной тормозной установке. Меняя силу торможения, находят, каким оборотам соответствует та или иная величина крутящего момента при неизменной подаче горючего. Зная крутящий момент и обороты, можно по формуле (2) определить мощность двигателя.
Кривая, показывающая, как при наибольшей подаче горючего изменяется мощность двигателя с изменением числа его оборотов, и будет одной из скоростных характеристик двигателя, называемой внешней характеристикой (рис. 175, верхняя сплошная линия).
Уменьшая подачу горючего, получим ряд характеристик, показанных на рис. 175 пунктирными кривыми и называемых частичными характеристиками. Все они будут расположены ниже первой, так как при меньшей подаче горючего мощность также будет меньше; поэтому характеристика, соответствующая наибольшей подаче горючего, и называется внешней характеристикой.
Рис. 175. Скоростные характеристики двигателя
Зависимость мощности от числа оборотов для характеристик, получаемых при различной подаче горючего, однотипна. При повышении оборотов, начиная обычно с 500—800 об/мин (при меньших оборотах двигатель под нагрузкой работать не может), мощность увеличивается. При определенных оборотах она достигает своей наибольшей величины (N* на внешней характеристике). С дальнейшим повышением числа оборотов мощность двигателя начинает уменьшаться. Это происходит потому, что дальнейшее повышение оборотов сопровождается ухудшением наполнения цилиндров двигателя и условий сгорания смеси (недостаточно времени) ; увеличивается также мощность, расходуемая на трение внутри двигателя. Повышение числа оборотов сверх предела, соответствующего наибольшей мощности, не только бесполезно, но даже вредно, поскольку детали двигателя изнашиваются от этого быстрее.
Каждый двигатель имеет свои предельные обороты, превышать которые не следует.
Число оборотов двигателя контролируется специальным прибором — тахометром.
ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
Из рассмотрения рис. 175 следует, что крутящий момент двигателя достигает своей наибольшей величины при меньших оборотах, чем обороты, соответствующие максимальной мощности.
Это очень важно. В самом деле, пусть танк движется, преодолевая некоторое сопротивление, причем мощность двигателя является наибольшей для данной подачи горючего. Если теперь сопротивление движению увеличится, скорость танка начнет падать, и обороты коленчатого вала уменьшатся; при этом, как видно из характеристики, крутящий момент возрастет. Значит, двигатель сможет преодолеть возросшее сопротивление и не заглохнет, хотя подача горючего и не увеличилась. Двигатель, как говорят, приспособляется к изменившемуся сопротивлению.
Чем на большую величину увеличивается крутящий момент по мере уменьшения оборотов, тем выше приспособляемость двигателя и тем менее вероятно, что он заглохнет при увеличении сопротивления движению. Крутящий момент дизеля может возрасти на 10—20%, карбюраторного двигателя — на 20—25%. Следовательно, карбюраторные двигатели обладают лучшей приспособляемостью, чем дизели.
Если сопротивление превысит пределы приспособляемости двигателя, то обороты его резко уменьшатся и двигатель заглохнет.
Для каждого двигателя существуют наивыгоднейшие пределы оборотов, на которых он должен работать. Эти обороты на характеристике соответствуют участку между наибольшим крутящим моментом и наибольшей мощностью двигателя; их можно назвать рабочими оборотами. На рис. 175 участок рабочих оборотов заштрихован.
Отношение числа оборотов при наибольшей мощности к числу оборотов при наибольшем моменте показывает, во сколько раз можно изменять скорость танка, не нарушая наивыгоднейших условий работы двигателя. Это отношение назовем рабочим диапазоном оборотов двигателя.
Так, если двигатель развивает наибольшую мощность при 3000 об/мин, а наибольший момент при 2000 об/мин, то рабочий диапа-зсоо 1 -зон равен -^ооо”
Для современных двигателей рабочий диапазон оборотов находится в пределах 1,5—2,5.
МНОГОЦИЛИНДРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
ОДНОЦИЛИНДРОВЫЙ И МНОГОЦИЛИНДРОВЫЙ
ДВИГАТЕЛИ
Выше уже указывалось, что вращение коленчатого вала одноцилиндрового двигателя во время вспомогательных ходов поршня поддерживается инерцией маховика. ЧехМ больше крутящий момент одноцилиндрового двигателя, тем больше и тяжелее должен быть маховик. Одноцилиндровому двигателю большой мощности нужен маховик огромных размеров, и двигатель будет исключительно тяжелым.
Иначе будет обстоять дело с многоцилиндровым двигателем. Работу цилиндров в нем можно чередовать так, что рабочий ход в одном цилиндре совпадет с вспомогательными ходами в остальных. В этом случае вспомогательные ходы совершаются уже не за счет инерции маховика, а за счет энергии горючего, сгорающего в том цилиндре, где совершается рабочий ход. Такой двигатель может работать с маховиком небольших размеров, так как момент на коленчатом валу в течение рабочего цикла будет изменяться в гораздо меньших пределах, чем у одноцилиндрового двигателя.
Чем больше цилиндров имеет двигатель, тем меньше зависит равномерность его работы от маховика.
У многоцилиндрового двигателя при одном и том же крутящем моменте силы, действующие на поршень, значительно меньше, чем у одноцилиндрового: один сильный толчок заменяется здесь несколькими более слабыми толчками, происходящими значительно чаще.
Таким образом, многоцилиндровый двигатель имеет ряд преимуществ по сравнению с одноцилиндровым.
На танках применяются исключительно многоцилиндровые двигатели, имеющие от 4 до 12 цилиндров.
РАСПОЛОЖЕНИЕ ЦИЛИНДРОВ
Как уже неоднократно отмечалось, размеры двигателя для танка имеют большое значение. Они в значительной степени определяются расположением цилиндров.
Если цилиндров меньше восьми, их Двигатель с таким расположением цилиндров называется однорядным. Он может быть вертикальным или горизонтальным (рис. 176). В обоих случаях длина двигателей будет одинакова, но высота горизонтального значительно меньше. Это позволяет уменьшить общую высоту моторного отделения танка.
Чтобы не удлинять двигатель при большом числе цилиндров, их располагают в два ряда. Получается двухрядный двигатель: V-образный, если его цилиндры расположены наклонно, или оппозитный, если они расположены горизонтально. При расположении цилиндров наклонно и горизонтально уменьшается общая высота двигателя.
Наконец, существуют двигатели с звездообразным расположением цилиндров. Звездообразный двигатель при небольшой длине имеет значительную высоту.
На танках применялись двигатели всех перечисленных типов.
обычно располагают в один ряд.
Рис. 176. Влияние расположения цилиндров на размеры двигателя
СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ ИЗ НЕСКОЛЬКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Массовое применение танков во второй мировой войне выдвинуло вопрос об использовании в танках автомобильных двигателей. Однако для танков автомобильный двигатель имеет недостаточную мощность.
Рис. 177. Последовательное соединение двух двигателей
Поэтому на некоторых танках устанавливали по нескольку автомобильных двигателей, соединенных вместе. Двигатели могут быть соединены различными способами. Последовательное соединение двигателей показано на рис. 177, параллельное соединение — на рис. 178.
Рис. 178. Параллельное соединение двух двигателей
При последовательном соединении крутящий момент одного из двигателей передается через коленчатый вал другого. В этом случае коленчатый вал второго двигателя несет значительную дополнительную нагрузку.
При параллельном соединении шестерни, установленные на коленчатом валу каждого из двигателей, соединяются с центральной шестерней, которая передает крутящий момент трансмиссии танка.
Параллельно может быть соединено несколько двигателей. На одном из американских танков применялась моторная установка, состоящая из пяти соединенных параллельно двигателей. При таком соединении нижняя часть картера стандартного автомобильного двигателя снимается, а блоки цилиндров с верхней половиной картера устанавливаются на специально изготовляемый общий картер. Такая моторная установка была чрезвычайно громоздкой и неудобной для обслуживания.
Соединенные двигатели могут иметь независимые системы смазки и охлаждения; тогда нарушение работы этих систем у одного двигателя не влияет на работу систем у другого. Иногда системы смазки и охлаждения делают общими для всех двигателей.
Питание каждого двигателя осуществляется независимо от других, но подачей горючего управляют при помощи одной общей педали. В связи с этим требуется тщательно регулировать подачу горючего для всех двигателей. Лишь при точной регулировке моторная установка будет развивать полную мощность, равную сумме мощностей отдельных двигателей. Если один из двигателей вследствие нарушения регулировки или каких-либо неисправностей дает меньшую мощность, чем другие, то остальные вынуждены восполнять недостающую мощность и работать с повышенной нагрузкой.
Применение соединенных двигателей оправдывалось лишь стремлением использовать продукцию массового производства автомобильной промышленности. Один двигатель, тем более специально спроектированный для танка и приспособленный к условиям работы в нем, всегда будет занимать меньше места и работать лучше нескольких соединенных двигателей.
ПОРЯДОК РАБОТЫ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ
Чтобы двигатель работал равномерно, рабочие ходы (ходы расширения) в цилиндрах должны следовать через равные углы поворота коленчатого вала. Так, при четырех цилиндрах рабочий ход в следующем цилиндре должен начинаться через полоборота коленчатого вала, т. е. через 180° после предыдущего. Тогда за каждые два оборота коленчатого вала рабочие ходы совершатся во всех четырех цилиндрах.
Последовательность чередования рабочих ходов в цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя.
Порядок работы двигателя зависит от расположения цилиндров и взаимного положения кривошипов коленчатого вала. Он обеспечивается действием механизма газораспределения и подачей горючего (в карбюраторных двигателях — работой системы зажигания), т. е. своевременным открытием и закрытием клапанов и воспламенением рабочей смеси в отдельных цилиндрах.
Рассмотрим порядок работы самых распространенных многоцилиндровых двигателей.
У коленчатого вала четырехцилиндрового двигателя все кривошипы лежат в одной плоскости, причем два из них — первый и четвертый — обращены в одну сторону, а два других — второй и третий — в противо-
Вращение нонен- Номера цилиндров
положную (рис. 179). Иначе говоря, угол между двумя соседними кривошипами — первым и вторым, третьим и четвертым — составляет 180°.
При таком расположении поршни второго и третьего цилиндров идут вверх, в то время
как поршни первого и четвертого движутся вниз.
Очевидно, что одновременно начинать рабочий ход сразу в двух цилиндрах нецелесообразно. Поэтому, если в первом цилиндре начинается рабочий ход, в четвертом должен начаться впуск (поршень также идет вниз). Во втором цилиндре в это время может начать-
чатого вала
1-полуоборот Q-18(r
2* полуоборот 180-360°
"3& полуоборот 360*-540° полуоборот 540-720°
MMSIB Расширение . Выпуск 023 Сжатие ИМ Впуск
Рис. 179. Порядок работы четырехцилиндрового двигателя
ся сжатие или выпуск. Если в нем начинается сжатие, тогда в третьем начнется выпуск.
Учитывая последовательность тактов, получим порядок работы двигателя 1—2—4—3.
Если при начале рабочего хода в первом цилиндре начинается выпуск во втором, а сжатие в третьем, порядок работы будет 1—3—4—2. Цифры порядка работы обозначают номера цилиндров. В СССР со
гласно принятому государственному стандарту цилиндры нумеруются со стороны, противоположной маховику.
Из рис. 179 видно, что при любом положении коленчатого вала в одном из цилиндров обязательно происходит рабочий ход (расшире-
П о ряд ок работы цилиндров
ние). Нетрудно убедиться также, что рабочий ход в каждом следующем цилиндре начинается точно через 180° после предыдущего.
Кривошипы коленчатого вала шестицилиндрового двигателя расположены попарно, под углом 120° один к другому (рис. 180). В таком двига-
Номера цилиндров
0-180
180-360
'liliHUW
ВИ Расширение
Сжатие
ЁЖЖх) Выпуск
ЕЕПЕЕЕЗ Впуск
Рис. 180. Порядок работы шестицилиндрового двигателя
tiiiiiiiiiiiuiiiiu
теле каждая очередная пара поршней приходит в верхнюю мертвую точку через 120° после предыдущей пары. Через такие же промежутки происходят вспышки в цилиндрах.
Расположение кривошипов позволяет получить несколько порядков работы двигателя. Наиболее часто применяется порядок 1—5—3—6—2—4. Преимуществом этого порядка работы перед другими возмож
ными является то, что вспышки не происходят подряд в двух соседних цилиндрах. При таком чередовании вспышек достигаются наилучшие условия работы кривошипно-шатунного механизма.
У V-образного восьмицилиндрового двигателя кривошипы вала могут быть расположены под углом 180°, как у четырехцилиндрового, или крестообразно, т. е. под углом 90° (рис. 181). С каждым из кривошипов связаны два шатуна. Один из них соединен с поршнем цилиндра первого, другой — с поршнем цилиндра второго ряда. Как видно из рисунка, поршень цилиндра первого ряда приходит в верхнюю мертвую точку на 90° раньше, чем поршень второго ряда; поэтому после первого цилиндра первого ряда может работать первый цилиндр второго ряда и т. д. Для двигателя с крестообразным коленчатым валом принят такой порядок работы:
первый ряд 14 32
второй ряд 1 4—2 3
У V-образного двенадцатицилиндрового двигателя поршень второго ряда приходит в верхнюю мертвую точку через 60° после первого.
Порядок работы двигателя обычно такой:
Рис» 181. Порядок работы V-образного восьмицилиндрового двигателя
Рис. 182. Порядок работы пяти-цилиндрового звездообразного двигателя
У двенадцатицилиндрового двигателя в любой момент происходит расширение в трех цилиндрах: в одном из них оно начинается, во втором продолжается, в третьем заканчивается. Благодаря этому обеспечиваются значительно меньшие изменения величины момента на валу двигателя, а следовательно, и большая равномерность хода, чем в двигателях с меньшим числом цилиндров.
В звездообразных однорядных двигателях (рис. 182) коленчатый вал имеет только один кривошип, с которым соединены все шатуны. Допустим, что в первом цилиндре поршень находится в верхней мертвой точке, когда колено кривошипа и шатун расположены на одной прямой. Во втором цилиндре поршень придет в верхнюю мертвую точку, когда коленчатый вал повернется на угол, равный углу между осями соседних 360° цилиндров. Этот угол зависит от числа цилиндров и равняется -у- , где i — число цилиндров. Так, для пятицилиндрового двигателя угол 360° между осями равен -у— = 72°.
Выясним, каким должен быть порядок работы такого двигателя.
Рабочие ходы повторяются в каждом цилиндре через два оборота коленчатого вала, или через 720°. Чтобы рабочие ходы во всех цилиндрах начинались через равные промежутки времени, угол, на который должен повернуться коленчатый ваЛ за время от начала рабочего хода в одном цилиндре до начала рабочего хода в очередном цилиндре, дол-7200 жен быть равен —g— , или 144°.
Следовательно, после первого цилиндра рабочий ход должен начаться в том цилиндре, поршень которого придет в верхнюю мертвую точку через 144°. Это будет третий цилиндр (во втором, где поршень будет в верхней мертвой точке через 72°, начнется впуск). Таким же способом нетрудно установить, что за третьим цилиндром должен работать пятый, затем второй, четвертый и снова первый. Другими словами, искомый порядок работы будет: 1—3—5—2—4.
Отсюда следует также, что равномерное чередование рабочих ходов возможно лишь при нечетном числе цилиндров. Поэтому в звездообразных однорядных двигателях всегда нечетное число цилиндров, обычно не больше И. Если необходимо иметь большее число цилиндров, их располагают в два и даже в три ряда, при этом все цилиндры одного ряда находятся в одной плоскости и работают на общий кривошип, а число кривошипов в двигателе равно числу рядов (два или три).
УРАВНОВЕШЕННОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
Скорость движения поршня в цилиндре изменяется и в том случае, когда коленчатый вал вращается равномерно. В нижней мертвой точке скорость поршня равна нулю. Затем она начинает возрастать, примерно к середине хода достигает наибольшей величины, после чего уменьшается до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, где он меняет направление своего движения.
Поршень стремится сохранить постоянную скорость своего движения. В этом проявляется свойство инерции, присущее всем телам. Вследствие этого свойства изменить величину и направление скорости тела можно только приложив к нему силу извне.
Инерция проявляется в тех случаях, когда неподвижное тело сдвигают с места (скорость тела была равной нулю), когда перемещающееся тело останавливают (скорость тела делается равной нулю), когда дви-176
жение тела ускоряют, замедляют или, не меняя величину скорости, изменяют ее направление (равномерное движение тела по кривой, например по окружности).
Проявление инерции подобно действию силы, приложенной к телу. Пассажиры резко заторможенного вагона подаются вперед, хотя, конечно, их никто не толкает: в этом случае проявляется инерция. Чтобы сдвинуть с места груженую вагонетку, надо приложить значительно большую силу, чем сила сопротивления ее качению по рельсам. И в этом случае проявляется инерция, хотя кажется, что к вагонетке приложена какая-то сила, препятствующая ее движению.
При рассмотрении движения тел с изменяющейся скоростью нередко бывает удобно считать, что они не обладают инерцией, но зато к ним приложена сила, действие которой соответствует инерции. Эту силу называют силой инерции. Если известна масса тела (М = —, где G — вес тела; g— ускорение свободно падающего в пустоте тела, равное 9,81 м/сек2) и ускорение тела (/ м/сек2), т. е. изменение скорости в единицу времени, величина силы инерции может быть подсчитана по формуле
/ = = (3)
Направление силы инерции определяется характером движения тела. При ускоренном движении она направлена против движения, при замедленном — в сторону движения. Как и всякая сила, сила инерции может быть изображена в масштабе стрелкой, величина и направление которой соответствуют величине и направлению силы (изобразить таким же образом свойство инерции нельзя).
Понятием о силах инерции можно воспользоваться и при рассмотрении движения поршня в цилиндре.
Шатун, заставляя поршень изменять скорость, испытывает вследствие инерции поршня противодействие. Если поршень идет вверх от нижней мертвой точки, то, пока скорость его не станет наибольшей, шатун воспринимает силу инерции, направленную вниз (рис. 183); надо отметить, что эта сила может в десятки раз превышать вес поршня. Сила инерции поршня, действующая на шатун, передается картеру двигателя через коленчатый вал и его опоры; картер прижимается этой силой к фундаменту или раме, на которой установлен двигатель.
В тот момент, когда скорость поршня достигает наибольшей величины, сила инерции становится равной нулю. Так как после этого скорость начинает уменьшаться, направление силы инерции изменится, т. е. она будет направлена вверх, стремясь оторвать двигатель от фундамента. Это направление силы инерции сохранится до тех пор, пока поршень, пройдя верхнюю мертвую точку, снова не достигнет максимальной скорости.
Таким образом, сила инерции прямолинейно движущегося поршня меняется непрерывно по величине и один раз на протяжении хода поршня — по направлению. Под действием силы инерции двигатель испытывает тряску. От тряски расшатывается крепление самого двигателя и отдельных механизмов, установленных на нем.
Такое же влияние оказывает на двигатель центробежная сила инерции кривошипов коленчатого вала (рис. 184, А, Б). Центробежная сила всегда направлена по радиусу от центра, вокруг которого происходит вращение.
Когда поршень находится вблизи нижней мертвой точки, колено кривошипа направлено вниз; вниз направлена и центробежная сила кривошипа и нижней головки шатуна. Когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки, центробежная сила направлена вверх. Таким образом, сила инерции поршня и центробежная сила действуют в этих случаях в одну и ту же сторону (вверх или вниз), хотя и под некоторым
на опору коленчатого вала и прижимающая двигатель к фундаменту
Центробежная сила кривошипа
Сила, стремящаяся оторвать двигатель от фундамента
Рис. 183. Действие силы инерции поршня на опоры двигателя
Центробежная сила противовеса
Центробежная сила кривошипа
Рис. 184. Действие центробежной силы инерции
углом одна к другой (за исключением мертвых точек, где они действуют по одной прямой).
Чтобы избежать вредного влияния тряски, силу инерции поршня и центробежную силу кривошипа надо уравновесить полностью или хотя бы частично. Последнее можно сделать, например, при помощи противовесов на щеках кривошипа, направленных в сторону, противоположную кривошипу.
Центробежная сила противовеса (рис. 184, Б) может полностью уравновесить центробежную силу инерции кривошипа и частично силу инерции поршня. Полностью уравновесить силу инерции поршня центробежной силой противовеса нельзя, так как эти две силы не все время направлены по одной прямой.
Многоцилиндровый двигатель можно уравновесить и без противовесов. Так, в четырехцилиндровом двигателе два поршня находятся внизу, в то время как два других находятся вверху, поэтому силы инерции одной пары поршней почти полностью уравновесят силы инерции другой пары. В четырехцилиндровом двигателе полностью уравновешиваются центробежные силы, поскольку два кривошипа всегда направлены в одну сторону, а два других — в противоположную. Примерно таким же образом уравновешиваются эти силы у шести-, восьми- и двенадцатицилиндрового двигателя.
Однако силы инерции отдельных поршней, не воздействуя на опоры двигателя, вызывают изгиб коленчатого вала и перегружают коренные подшипники; поэтому на коленчатых валах многоцилиндровых двигателей также нередко делают противовесы.
КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ДЕМПФЕР
Представим себе вал, один конец которого закреплен, в то время как другой конец, на который посажен маховичок, свободен. Если повернуть маховичок на некоторый угол, вал закрутится, как закручивается резиновый жгут. Отпустим маховичок. Вал, раскручиваясь, будет поворачивать маховичок в обратном направлении. Но маховичок не остановится в первоначальном положении. Он по инерции будет продолжать вращаться и закрутит вал в противоположную сторону. Затем маховичок остановится и тотчас же начнет вращаться в обратную сторону и т. д. Возникнут так называемые крутильные колебания вала. Отклонения маховичка с каждым разом будут все меньше, колебания будут затухать. Наконец, маховичок совсем остановится — колебания прекратятся.
Если притормозить маховичок, положив, например, на него руку, колебания будут затухать быстрее. Наоборот, если маховичок будет воспринимать толчки, совпадающие с направлениехМ его движения, колебания будут усиливаться, как усиливается размах качелей, когда их толкают в соответствующие моменты даже с самой небольшой силой. В этом случае, как говорят, наступает явление резонанса.
Обратимся теперь к коленчатому валу двигателя.
Предположим, что в момент вспышки в одном из цилиндров маховик двигателя неподвижен. Тогда вал получит толчок от поршня через шатун и под действием этого толчка он закрутится. Возникнут крутильные колебания. Не важно, что коленчатый вал потом начнет вращаться; крутильные колебания будут происходить и при его вращении.
При работе двигателя маховик вращается равномерно, а кривошипы вала получают толчки, поэтому крутильные колебания происходят непрерывно.
Если толчки, получаемые кривошипами, препятствуют закручиванию или раскручиванию вала, колебания затухают. Но если толчки способствуют закручиванию или раскручиванию вала, что возможно при некотором вполне определенном для данного вала числе оборотов, колебания усилятся, наступит явление резонанса, и вал может сломаться.
Обороты, при которых наступает резонанс и возможна поломка вала, зави-
Рис. 185. Демпфер (успокоитель) сят от механических свойств металла, из которого изготовлен вал, от конструкции вала, а также от массы вала и связанных с ним деталей — шатунов, маховика и т. д.; эти обороты называются критическими. Для каждого двигателя существуют свои критические обороты. Чтобы резонанс не наступил, критические обороты должны находиться за пределами рабочих оборотов двигателя.
Для быстрого прекращения (гашения) крутильных колебаний коленчатый вал двигателя иногда снабжают демпфером (гасителем колебаний).
Пусть на конце вала посажены два диска: один — закрепленный на валу, другой — свободный, обладающий большой массой (рис. 185). Диски прижаты один к другому пружиной, так что между ними возни
кает сила трения.
Если начать вращать коленчатый вал, закрепленный диск силой грения увлечет за собой свободный диск. Последний приобретет то число оборотов, с каким вращается вал. Подобно маховику, он по инерции будет стремиться вращаться равномерно. Закрепленный же диск при крутильных колебаниях вала будет то обгонять свободный диск, когда вал закручивается в сторону вращения, то отставать от него, когда вал закручивается в обратную
Рис. 186. Устройство демпфера
сторону.
Таким образом, диски будут проворачиваться друг относительно друга — пробуксовывать. Трение между дисками будет гасить колебания. Так как при этом время действия колебаний сокращается, уменьшается и возможность опасного для вала резонанса и увеличивается срок службы вала.
На рис. 186 показано устройство демпфера с двумя свободными и двумя закрепленными дисками. Каждый свободный диск связан с соответствующим закрепленным диском резиной. Такое устройство ускоряет затухание колебаний ввиду значительного внутреннего трения (трения между частицами) в резиновых кольцах.
УСТРОЙСТВО ДВИГАТЕЛЯ
Двигатель внутреннего сгорания состоит из следующих основных механизмов и систем:
— кривошипно-шатунного механизма;
— механизма газораспределения и передач;
— системы питания;
— системы смазки;
- системы охлаждения;
- - системы запуска;
— системы зажигания горючей смеси (в карбюраторных двигателях).
На рис. 187 показан общий вид танкового двигателя, на рис. 188 — продольный, а на рис. 189 — поперечный разрезы того же двигателя и указаны его основные детали.
Перед тем как перейти к рассмотрению отдельных механизмов, отметим некоторые общие условия работы двигателя и требования к его деталям.
Чтобы двигатель мог бесперебойно работать, его детали, как и детали всех механизмов танка, должны быть прочными; это значит, что силы, действующие на эти детали, не должны вызывать их поломку. Кроме того, детали двигателя должны быть достаточно жесткими; это значит, что силы, действующие на них, не должны нарушать их взаимного расположения, необходимого для нормальной работы, т. е. не должны вызывать больших прогибов, перекосов и т. д.
Срок службы танкового двигателя, работающего в очень тяжелых условиях, ограничен. Продолжительность работы двигателя зависит главным образом от износа некоторых основных деталей (поршневых колец, цилиндров, подшипников и др.); значит, эти детали должны быть достаточно износостойкими.
Рис. 187. Общий вид танкового двигателя
00
поршневой палец
Опора коленчатого вала
блок цилиндров Распределительный вал
Поршень
Шатун
Коленчатый вал
Водяной насос
Рис. 188. Продольный разрез танкового двигателя
Опора коленчатого вала
Коренная шейка
Носок коленчатого вала
Передача к распределительным валам
Распределительный вол
впускных клапанов Распределительный вал
выпускных клапанов Выпускной клапан
Головка блока
I цилиндров a }прокладка между головкой и блоком пШ^Водяная рубашка
Гильза (цилиндр)
Шатунная шейка
Топливный насос
Пружины
Впускной клапана
Нижняя половина картера
Коленчатый вал
Масляный насос
Рис. 189. Поперечный разрез танкового двигателя
,^ГВерхняя половина картера Шатун
Топливоподкачивающий насос
Многие детали двигателя работают в условиях высоких и при этом значительно изменяющихся температур. На рис. 190 показаны примерные температуры нагрева некоторых деталей. Высокие температуры и колебания температур не должны сказываться на работе механизмов двигателя.
Ниже рассматривается устройство четырехтактного двигателя, как наиболее распространенного на танках. Двухтактный двигатель отличается от четырехтактного главным образом газораспределением; кроме того, двухтактный танковый двигатель обязательно имеет нагнетатель; об этих особенностях, связанных с характером работы двухтактного двигателя, было сказано в предыдущем разделе, поэтому специально на устройстве двухтактного двигателя мы останавливаться не будем.
Рис. 190. Примерные температуры нагрева деталей двигателя
КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ
Детали кривошипно-шатунного механизма воспринимают давление газов, получающихся от сгорания рабочей смеси, и преобразуют прямолинейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.
К деталям кривошипно-шатунного механизма относятся цилиндры, поршни, шатуны и коленчатый вал с его опорами, укрепленными в картере двигателя.
ЦИЛИНДРЫ
Цилиндры двигателя служат направляющими для движения поршней; вместе с поршнями и головкой цилиндров они образуют замкнутый объем, в котором совершаются процессы сжатия и расширения газов.
Цилиндры могут быть изготовлены либо каждый в отдельности (рис. 191), либо в общей отливке, которую называют блоком (см рис. 188).
Рис. 191. Цилиндр двигателя водяного охлаждения, сделанный заодно с головкой
Рис. 192. Цилиндр двигателя воздушного охлаждения
Большинство современных танковых двигателей с жидкостным охлаждением имеет цилиндры, выполненные в общем блоке. При воздушном охлаждении каждый цилиндр двигателя обычно устанавливают отдельно. В этом случае цилиндры снаружи снабжаются ребрами (рис. 192), чтобы увеличить поверхность, обдуваемую для охлаждения воздухом.
Для того чтобы обеспечить хорошее прилегание поршневых колец, предотвращающих утечку газов при движении поршня в цилиндре, и уменьшить трение колец, внутреннюю поверхность цилиндра тщательно обрабатывают — шлифуют и полируют до зеркального блеска, в результате чего она и получила название зеркала цилиндра. Цилиндр может быть сделан либо непосредственно в блоке путем соответствующей обработки внутренних поверхностей последнего, либо в виде стальных или чугунных гильз, устанавливаемых в блок цилиндров (см. рис. 188). При первом способе в случае повреждения зеркала одного из цилиндров требуется расточка поврежденного цилиндра или замена блока; поврежденные вставные гильзы заменяют.
Мощные танковые двигатели делаются с вставными гильзами. Блок цилиндров двигателя отливается из чугуна или алюминиевого сплава. Вставные гильзы делаются из легированной стали и подвергаются термической обработке1. Так, например, гильзы для мощных двигателей про
1 Краткие сведения по термической обработке стали даны в главе VL
ходят закалку и высокий отпуск, после чего их внутренняя поверхность закаливается током высокой частоты или азотируется, т. е. тонкий слой ее (несколько десятых миллиметра) насыщается азотом. Азотированный слой обладает весьма высокой твердостью и износостойкостью.
Чтобы отвести тепло от цилиндров при жидкостном охлаждении, стенки блока делают двойными или создают пространство между гильзой и стенкой блока. Пространство между гильзой и стенками (или между двойными стенками) называется зарубашечным пространством. В нем циркулирует охлаждающая жидкость (чаще всего вода).
Верхняя часть цилиндра, где находится камера сжатия, называется головкой. Если цилиндры установлены отдельно, головка может быть сделана заодно с цилиндром (см. рис. 191, 192). Для блока головка делается съемной, общей для всех цилиндров (см. рис. 188) или для части их — на два-три цилиндра. Головка цилиндров отливается из чугуна или легкого сплава, чаще всего алюминиевого. В последнем случае улучшается отвод тепла и может быть повышена мощность двигателя, не опасаясь перегрева. Чтобы вода, поступающая для охлаждения головки, и газы, находящиеся в цилиндре, не могли прорываться в стык между блоком и головкой, между ними кладут уплотняющую прокладку. Прокладки делают из меди и асбеста, из железа и асбеста или из алюминия.
ПОРШЕНЬ
Поршень, вставленный в цилиндр, создает внутри него замкнутый объем. При работе двигателя поршень передает шатуну давление газов, образующихся при сгорании рабочей смеси.
Поршень подвергается действию высоких температур; он воспринимает очень высокие давления (в дизелях — до 90—100 ат) и движется с большой скоростью (средняя скорость 10—15 м!сек). Как уже указывалось, скорость поршня при движении непрерывно изменяется, что создает большие инерционные силы. Величина сил инерции тем больше, чем тяжелее поршень и чем резче изменяется скорость его движения; поэтому на быстроходных двигателях чаще всего применяют поршни из легких сплавов, главным образом алюминиевых. На малооборотных двигателях ставят чугунные поршни.
Алюминий проводит тепло лучше, чем алюминиевого поршня обычно ниже, чем нагрева алюминиевого поршня нагара на нем образуется меньше, чем на чугунном. Нагар способствует преждевременному самовоспламенению смеси, так как является постоянно раскаленным очагом внутри цилиндра. Применение алюминиевых поршней уменьшает вероятность детонации. Но алюминиевые сплавы дороже чугуна и менее износостойки. К недостаткам алюминиевых поршней относится также значительное расширение при повышении температуры. Чтобы нагретый поршень не «заедало» в цилиндре, между поршнем и стенкой цилиндра в холодном состоянии должен быть сравнительно большой зазор.
Устройство поршня показано на рис. 193. Поршень имеет форму стакана с
чугун, поэтому температура чугунного. Из-за
меньшего
Уплотняющие и маслосбрасывающие поршневые кольца
Днище
Юбка
Рис. 193. Устройство поршня
Я .Поршневой палец
Стопорное кольцо (замок) бобышка
Шатун
толстым днищем; днище изнутри усиливают ребрами. На боковой стенке поршня проточены канавки, в которых помещаются пружинящие поршневые кольца, изготовленные из специального чугуна. Прижимаясь к отполированным стенкам цилиндра, кольца при ходе сжатия не пропускают в картер рабочей смеси, а при рабочем ходе — продуктов сгорания. Нижнее кольцо — маслосбрасывающее (таких колец может быть несколько). Когда поршень идет вниз, это кольцо снимает лишнее масло со стенок цилиндра, не давая ему проникнуть в камеру сгорания. Без этого не только будет напрасно расходоваться масло, но и образуется нагар, способствующий перегреву двигателя.
Чрезвычайно важно, чтобы пространство над поршнем было надежно уплотнено. Если кольца пропускают газы, то давление при сжатии падает, а мощность двигателя при этом снижается. Во время рабочего хода горящие газы прорываются в картер, и масло в канавках поршня сгорает; поэтому кольца «пригорают» и перестают плотно прилегать к стенкам цилиндра.
Нижняя часть поршня — юбка — направляет поршень. На юбке поршня иногда делают П-образную или косую прорезь. Прорезь устраняет заклинивание нагревающегося поршня при уменьшенном зазоре между поршнем и холодным цилиндром.
Поршень соединяется с верхней головкой шатуна поршневым пальцем, который вставляется в отверстия приливов поршня, называемых бобышками, и в верхнюю головку шатуна. Палец изготовляется из углеродистой или легированной стали с небольшим содержанием углерода. Снаружи его цементируют и подвергают закалке для получения твердой износостойкой поверхности, работающей в бобышках поршня и втулке верхней головки шатуна. Чаще всего палец делают «плавающим», т. е. не закрепляют его ни в поршне, ни в шатуне; при этом палец изнашивается равномерно. Чтобы палец не перемещался в стороны и не задевал за стенки цилиндра, его стопорят пружинными кольцами или заглушками.
ШАТУН
Шатун во время рабочего хода передает коленчатому валу давление газов, а во время вспомогательных тактов. приводит поршень в движение. Кроме давления газов, на шатун действует сила инерции самого шатуна и соединенного с ним поршня.
Чтобы уменьшить инерцию шатуна, его стремятся сделать более легким. С этой целью шатун изготовляют из легированной стали и термически обрабатывают (подвергают закалке и высокому отпуску). Для усиления шатуна на нем делают продольные ребра.
Шатун (рис. 194) состоит из верхней головки, в которую впрессовывается бронзовая втулка, стержня и нижней головки. Нижняя головка обычно делается разъемной; ее крышка соединяется с шатуном шатунными болтами или при помощи специального замкового устройства.
В двухрядных двигателях, например V-образных, шатуны цилиндров обоих рядов попарно надеваются на одну шейку или один шатун соединяется с другим посредством пальца (рис. 195). В последнем случае ход поршня в одной группе цилиндров больше, чем в другой, так как центр нижней головки прицепного шатуна движется не по окружности, а по овалу.
Для уменьшения трения между нижней головкой и шатунной шейкой коленчатого вала их разделяют тонким слоем антифрикционного материала. Антифрикционный материал заливают либо непосредственно 186
на внутреннюю поверхность нижней головки шатуна, либо на специальную втулку из бронзы или стали, называемую вкладышем.
Антифрикционными называют материалы, обеспечивающие малое трение. К ним относятся: баббиты — сплавы олова с сурьмой и медью, свинца с сурьмой (или свинца с оловом, сурьмой и некоторыми другими элементами, добавляемыми в небольших количествах), а также свинцовистая бронза (сплав меди со свинцом), серебро, алюминиевые сплавы и др. Для подшипников танковых двигателей применяют либо свинцовистую бронзу, либо высококачественные (оловянистые) баббиты.
Рис. 194. Шатун
Рис. 195. Соединение прицепного шатуна с главным шатуном в двухрядном двигателе
Помимо того что антифрикционный материал на внутренней поверхности нижней головки шатуна уменьшает трение, этот материал хорошо прирабатывается к шатунной шейке коленчатого вала и обладает свойством прочно удерживать на своей поверхности масляную пленку.
Иногда вкладыши изготовляются из стальной ленты, залитой очень тонким слоем антифрикционного материала. Такая лента называется биметаллической, т. е. состоящей из двух металлов. Вкладыши из ленты благодаря своей небольшой толщине хорошо облегают поверхность шейки; они намного дешевле и легче обычных вкладышей. Существуют и так называемые триметаллические вкладыши; они сделаны из трех металлов, например по стальной ленте залита свинцовистая бронза, а по ней — очень тонкий слой баббита.
На некоторых двигателях вместо подшипников с антифрикционными сплавами — подшипников скольжения — применялись подшипники качения — обычно роликовые. В подшипниках качения трение очень незначительно, поэтому они мало изнашиваются и работают во много раз дольше подшипников скольжения. Но роликоподшипники занимают больше места, чем подшипники скольжения, и затрудняют сборку двигателя, поэтому подшипники качения в двигателях используются редко.
КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
Коленчатый вал двигателя, как правило, представляет собой неразъемную деталь и лишь в редких случаях собирается из нескольких частей. Разъемный вал легче может быть установлен на подшипниках качения, а нижние головки шатунов для такого вала могут быть неразъемными. Однако разъемный вал сложнее и дороже в изготовлении и обладает меньшей жесткостью, чем цельный.
Устройство коленчатого вала показано на рис. 196. Коренные шейки вала вращаются в подшипниках, закрепленных в картере двигателя (см. рис. 188). Устройство коренных подшипников обычно такое же, как шатунных. Коренные и шатунные шейки вала соединены между собой щеками. Если вал имеет противовесы, то они являются продолжением щек (рис. 197).
Коленчатый вал несет очень большую нагрузку, поэтому он обычно изготовляется из легированной стали — хромистой, хромоникелевой, хромоникельвольфрамовой — и подвергается закалке и высокому отпуску, что обеспечивает ему достаточную прочность и большую вязкость.
Шейки вала, вращающиеся в подшипниках, должны обладать возможно более высокой твердостью, это уменьшает их изнашивание. Если подшипники залиты свинцовистой бронзой, высокая твердость шеек обязательна; для повышения твердости шейки иногда подвергаются дополнительной термической обработке, например поверхностной закалке на небольшую глубину.
Чтобы облегчить вал, коренные и шатунные шейки делают пустотелыми. Полости внутри шеек часто используют для подвода масла к подшипникам вала, а иногда и для очистки масла действием центробежной силы, отбрасывающей тяжелые посторонние частицы к стенкам шеек.
Число коренных подшипников (опор) коленчатого вала при одном и том же числе колен может быть различным. Так, коленчатый вал четырехцилиндрового двигателя может иметь две, три или пять опор. Чем больше опор, тем меньше нагрузка на каждую из них и тем меньше прогибается вал. Мощные танковые двигатели, особенно дизели, обычно имеют по опоре между двумя соседними шатунными шейками, так что общее число коренных шеек на одну больше числа шатунных шеек.
На одном конце коленчатого вала монтируется шестерня передачи к распределительному механизму и другим механизмам двигателя. Там же на легких двигателях находится устройство для запуска двигателя от руки. На другом конце коленчатого вала устанавливается маховик, роль которого часто выполняет ведущий барабан главного фрикциона (а иногда и прикрепленный к нему вентилятор).
КАРТЕР
Картер является основанием для установки и крепления всех деталей двигателя. Он отливается из чугуна или алюминиевого сплава.
Обычно картер состоит из двух половин — верхней и нижней. Верхняя половина картера иногда изготовляется заодно с блоком цилиндров; в этом случае ее называют блок-картером.
Чаще всего вся нагрузка от сил, действующих в двигателе, воспринимается верхней половиной картера, которая лапами крепится к подмоторной раме.
оо
Рис. 196. Коленчатый вал двенадцатицилиндрового двигателя
Рис. 197. Коленчатый вал с противовесами, выполненными заодно со щеками
Коренные подшипники коленчатого вала разъемные. Верхние половины их образованы гнездами в стенках и перегородках картера, нижние представляют собой крышки, крепящиеся к картеру шпильками (см. рис. 189). Таким образом, вал подвешивается к верхней половине картера. При таком устройстве нижняя половина картера не несет никакой нагрузки и только закрывает картер; поэтому она делается значительно легче верхней и иногда изготовляется из тонкой листовой стали. В нижнюю половину картера стекает отработанное масло, которое затем перекачивается насосом в масляный бак (такой картер называется сухим). На легких автомобильных двигателях картер служит резервуаром для масла (мокрый картер).
При работе двигателя, несмотря на уплотнение цилиндров поршневыми кольцами, часть газов все-таки прорывается в картер. Кроме того, движущиеся поршни действуют на находящийся в картере воздух, как насосы. Но давление в картере не должно повышаться, так как это привело бы к выдавливанию масла через уплотнительные устройства наружу; поэтому в картере делается отверстие для сообщения с атмосферой. Это отверстие называют сапуном.
Чтобы предотвратить попадание в картер пыли и выплескивание масла из картера, сапун закрывают проволочной сеткой или колпаком с проволочной набивкой.
МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
При помощи механизма газораспределения обеспечивается подача воздуха или горючей смеси в цилиндры и очистка цилиндров от отработавших газов в той последовательности, какая необходима для данного порядка работы двигателя.
Как указывалось, при одном и том же расположении кривошипов коленчатого вала порядок работы двигателя может быть различным в зависимости от устройства механизма газораспределения.
В четырехтактных танковых двигателях применяется клапанное газораспределение. Основные части механизма клапанного газораспределения: впускные и выпускные клапаны с пружинами, распределительный вал и привод к нему. К механизму газораспределения относятся также вспомогательные детали: толкатели, штанги, коромысла, необходимость которых определяется расположением клапанов.
РАСПОЛОЖЕНИЕ И КОЛИЧЕСТВО КЛАПАНОВ
Клапаны двигателя могут быть расположены сверху, над поршнем (рис. 198) или сбоку цилиндра (рис. 199). В первом случае расположение клапанов называют верхним, во втором — нижним.
Наполнение цилиндров и условия сгорания рабочей смеси, а следовательно, мощность двигателя и расход горючего в большой степени зависят от расположения клапанов. При верхнем расположении клапанов (рис. 198) поток воздуха или горючей смеси, поступая в цилиндр, не изменяет резко своего направления, благодаря чему обеспечивается хорошее наполнение цилиндров двигателя. Верхнее расположение клапанов дает возможность уменьшить размеры камеры сжатия и обеспечить нужную степень сжатия, в особенности для дизелей. Получающаяся при этом форма камеры сжатия наиболее выгодна, так как в ней нет «мешков». В такой камере пламя быстрее охватывает всю смесь и скорость сгорания повышается.
Если расположение клапанов нижнее (рис. 199), наполнение двигателя ухудшается: струя горючей смеси, входя в цилиндр, 190
резко изменяет направление своего движения. Камера сжатия получается удлиненной, вследствие чего не только увеличиваются потери тепла, но и замедляется распространение пламени. В связи с этим повышается опасность возникновения детонации в «мешках», куда пламя доходит с запозданием. Особенно вероятно возникновение детонации вблизи выпускного клапана, который сильно нагревается горячими газами.
В такой камере сжатия при впуске возникает завихрение входящего потока, способствующее лучшему перемешиванию рабочей смеси, а завихрения, образующиеся при сжатии, повышают скорость распространения пламени после воспламенения смеси.
Попутно заметим, что в карбюраторных двигателях большое значение имеет расположение свечи зажигания. В камере сгорания, показанной на рис. 199, свечу выгодно помешать над выпускным клапаном. Такое расположение свечи уменьшает опасность детонации и улучшает использование тепла, т. е. повышает мощность двигателя.
Чтобы уменьшить длину камеры сжатия, нижние клапаны иногда располагаются наклонно.
Несмотря на недостатки нижнего расположения клапанов, их широко применяют на автомобильных карбюраторных двигателях. Объясняется это простотой привода к клапанам. В дизелях такое расположение клапанов не применяется, так как трудно получить высокую степень сжатия при удлиненной камере; объем камеры
Рис. 199. Нижнее расположение клапанов
будет слишком большим, следовательно, потребуется большой ход поршня, чтобы получить нужную степень сжатия.
Для улучшения наполнения цилиндров воздухом или горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов иногда в каждом цилиндре устанавливают по два впускных и по два выпускных клапана. Благодаря этому увеличивается проходное сечение, т. е. та площадь, через которую проходит воздух (горючая смесь) или отработавшие газы.
ПРИВОД к КЛАПАНАМ
Клапаны открываются под воздействием кулачков распределительного вала, который, в свою очередь, приводится во вращение коленчатым валом двигателя. Так как каждый клапан в четырехтактном двигателе должен открываться один раз за два оборота коленчатого вала, распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого. Это обеспечивается соответствующим передаточным отношением шестерен.
Своевременное открытие и закрытие клапанов в нужном порядке обеспечиваются взаимным расположением кулачков на валу, их формой и правильной установкой газораспределения.
Установить газораспределение — значит соединить распределительный вал с коленчатым так, чтобы каждый кулачок начинал действовать на клапан при определенном положении поршня в цилиндре. Если, например, впускной клапан должен начинать открываться за 10° до верхней мертвой точки, надо установить коленчатый вал так, чтобы поршень в одном из цилиндров, обычно в первом, не доходил до этой точки на
Рис, 200. Привод к клапанам при верхнем расположении клапанов и распределительного вала
расстояние, соответствующее 10° поворота коленчатого вала. Затем распределительный вал ставят в положение, при котором он начинает открывать впускной клапан в том же цилиндре, и, не меняя положения валов, соединяют их передачей.
При верхнем расположении клапанов распределительный вал может быть установлен сверху (над головками цилиндров) или снизу в картере двигателя.
Распределительный вал, установленный сверху, приводится во вращение коленчатым валом через шестеренчатую передачу (рис. 200), реже через цепную. Вращаясь, распределительный вал нажимает кулачками на клапаны, заставляя их открываться. Пружины закрывают клапаны, когда кулачки перестают на них действовать.
Если распределительный вал расположен снизу, а клапаны сверху, передача к валу может быть или шестеренчатая (рис. 201), или цепная (рис. 202). Передача к распределительному валу в этом случае упрощается, однако привод от вала к клапанам усложняется: кулачок действует на толкатель, а толкатель поднимает штангу, которая
Рис. 201. Привод к клапанам при верхнем их расположении и при нижнем расположении распределительного вала
через коромысло заставляет клапан опускаться, сжимая пружинус При нижнем расположении клапанов (см. рис. 199) кулачок открывает клапан непосредственно толкателем.
Рис. 202. Цепная передача к распределительному валу
Таким образом, наиболее простой привод к клапанам и наименьшее число деталей привода получаются при нижнем расположении клапанов.
КЛАПАНЫ И ТОЛКАТЕЛИ
Клапан (рис. 203) состоит из головки и стержня. Головка имеет коническую часть, которой клапан плотно притирается к седлу. Седло клапана может быть сделано непосредственно в теле головки цилиндров или изготовлено отдельно и впрессовано в головку, что является обязательным при головке из алюминиевого сплава. Стержень клапана движется в направляющей втулке.
На рис. 204 показано, как клапан соединяется с тарелкой, служащей опорой для пружины, и как стопорится тарелка.
Впускной клапан Выпускной клапан
Рис. 203. Устройство и
установка клапанов
Иногда на конце стержня клапана делают выточку, в которую входят половинки разъемного кольца, так называемые сухарики, соединяющие клапан с опорной шайбой пружины (рис. 205). Пружина (или две — одна внутри другой, как на рис. 203) одним концом упирается в головку цилиндра, а другим через опорную шайбу или тарелку воздействует на клапан, стремясь удержать его в закрытом положении.
Клапанам, особенно выпускному, приходится работать при высокой температуре; температура выпускного клапана достигает 750—900°, впускного — 250—400°, поэтому материал выпускного клапана должен 194
Рис. 204. Соединение
клапана с тарелкой клапана и стопорение
быть жаростойким (не окисляющимся под действием газов и воздуха, нагретых до высоких температур) и жаропрочным, т. е. должен сохранять свои механические свойства при высоких температурах. Клапаны изготовляются из высоколегированных сталей, содержащих 12—15% хрома и примерно столько же никеля.
Впускные клапаны работают в менее напряженных тепловых условиях, поэтому для экономии дефицитных и дорогих жароупорных сталей
клапаны часто изготовляют из стали с пониженным содержанием никеля или из сталей, содержащих кремний вместо никеля (так называемые сильхромы). Из этих сталей могут изготовляться и выпускные клапаны двигателей, работающие в менее напряженных температурных условиях.
Толкатель (см. рис. 201) передает усилие от распределительного вала клапану. Тарелка толкателя, на которую действует кулачок, сильно истирается. Чтобы уменьшить износ, применяют роликовые толкатели. Ролик, поворачиваясь на оси, изнашивается равномерно.
Нагреваясь, стержень клапана удлиняется. Если на холодном двигателе стержень закрытого клапана упирается в толкатель (коромысло), то, нагревшись, клапан не будет плотно прилегать к седлу, не будет закрываться; поэтому между клапаном и толкателем (коромыслом) холодного двигателя должен быть небольшой зазор (несколько десятых миллиметра). Этот зазор уменьшается по мере удлинения стержня клапана от нагревания.
Если зазор между клапаном и толкателем (коромыслом) установить неправильно или он изменится с течением времени, фазы газораспределения нару
Рис. 205. Клапан с сухарным соединением
шатся.
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ВАЛ И ПЕРЕДАЧА К НЕМУ
Большинство однорядных двигателей имеет по одному распределительному валу, а двухрядные — по два: по одному на каждый ряд цилиндров. В некоторых двигателях, имеющих для каждого цилиндра по два впускных и по два выпускных клапана, делают два отдельных распределительных вала — впускной и выпускной.
Расположение кулачков распределительного вала, как уже указывалось, зависит от порядка работы цилиндров двигателя.
Продолжительность впуска и выпуска зависит от формы кулачка. Если впускной и выпускной клапаны открываются за одно и то же время, то все кулачки распределительного вала имеют одинаковую форму, но расположены на валу под некоторым углом один к другому.
На рис. 200 показано, как располагаются кулачки четырехцилиндрового двигателя, цилиндры которого работают в порядке 1—2—4—3. Впускные кулачки расположены под углом 90° один к другому. Так как распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого вала, то за время, в течение которого последний сделает полоборота, т. е. за 180°, распределительный вал повернется на 90°. Значит, впускные клапаны в разных цилиндрах будут открываться через каждые полоборота коленчатого вала. То же относится к выпускным клапанам.
У шестицилиндрового двигателя одноименные кулачки расположены под углом 60° один к другому, у восьмицилиндрового однорядного — под углом 45°.
Наружная рабочая поверхность кулачков, воздействующая на толкатели, цементируется и закаливается, вследствие чего она становится более твердой и меньше изнашивается. При износе кулачков нарушается их форма, а поэтому меняются и фазы газораспределения.
Вращение к распределительному валу передается через шестерни, сидящие на концах коленчатого и распределительного валов. Шестерни могут быть соединены либо непосредственно (см. рис. 201), либо через промежуточную шестерню, либо, наконец, при верхнем расположении распределительного вала, через передаточный валик (см. рис. 200).
Если распределительный вал расположен внизу, шестерни передачи обычно имеют косые зубья, причем одну из шестерен иногда делают из пластмассы, благодаря чему значительно уменьшается шум при работе шестерен.
Наиболее бесшумно работает цепная передача, но по устройству она сложнее шестеренчатой. Кроме того, для натяжения цепи в такой передаче требуется специальное приспособление (см. рис. 202).
ПЕРЕДАЧА К ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТАМ И МЕХАНИЗМАМ ДВИГАТЕЛЯ
Кроме механизма газораспределения, имеется ряд вспомогательных агрегатов двигателя, приводимых в действие коленчатым валом (рис. 206).
К ним относятся масляный, топливный и водяной насосы, вентилятор, электрический генератор, приборы зажигания (распределитель или 196
магнето), нагнетатель и др. Валы этих агрегатов приводятся во вращение посредством шестеренчатой, ременной или цепной передачи, причем на одном и том же двигателе могут применяться разные виды передач. Так, на автомобильных двигателях масляный насос и приборы зажигания обычно приводятся в движение шестернями, а электрический генератор, водяной насос и вентилятор — ремнем.
Рис. 206. Передача к вспомогательным агрегатам и механизмам двигателя
Устройство передачи к вспомогательным агрегатам и механизмам двигателя в основном определяется их расположением. Обычно значительная часть из них приводится во вращение цилиндрической или конической шестерней, сидящей на переднем конце коленчатого вала; эта же шестерня приводит в действие и распределительные валы. Шестерня может быть непосредственно сцеплена с шестернями валов вспомогательных агрегатов и механизмов или между ними могут находиться промежуточные шестерни и передаточные валы.
Если часть агрегатов или механизмов имеет ременный привод, на передний конец коленчатого вала насаживается один или несколько шкивов для ремней; при цепном приводе ставится звездочка для цепи.
СИСТЕМА ПИТАНИЯ
Чтобы обеспечить работу двигателя, нужно подать необходимое количество горючего в цилиндры и обеспечить условия для его полного сгорания. Для образования горючей смеси в цилиндры необходимо подать воздух.
Совокупность агрегатов, механизмов и устройств, обеспечивающих хранение горючего на машине, подачу и очистку горючего и воздуха и образование горючей смеси, составляет систему питания.
В систему питания входят следующие основные агрегаты и устройства (рис. 207): топливные баки, топливоподкачивающий насос, топливный фильтр, топливный насос и форсунки (в дизеле), карбюратор (в карбюраторном двигателе), регулятор оборотов и воздушный фильтр. Если двигатель работает с наддувом, нагнетатель, подающий в цилиндры под давлением воздух или горючую смесь, также относится к системе питания.
ТОПЛИВНЫЕ БАКИ
На танках почти всегда устанавливают несколько топливных баков: для одного бака достаточной емкости потребовалось бы много места в какой-либо одной части корпуса танка, а выход бака из строя приводил бы к остановке двигателя. Несколько баков разных размеров легче установить внутри корпуса танка, использовав для этого свободные пространства. Чтобы горючее можно было подавать из любого бака, система снабжается топливным распределительным краном.
Для увеличения запаса хода танка снаружи корпуса устанавливают дополнительные топливные баки. Иногда трубки от этих баков вводятся внутрь танка и включаются в общую систему питания. Дополнительные топливные баки крепятся на танке так, чтобы они могли быть быстро отключены и в некоторых случаях сброшены с танка, если этого потребует обстановка.
ТОПЛИВОПОДКАЧИВАЮЩИЙ НАСОС
Горючее может поступить к двигателю самотеком лишь в том случае, если баки стоят выше двигателя. Но и тогда при наклоне танка подача горючего может нарушиться; поэтому на танках горючее подается топливоподкачивающим насосом, приводимым в действие через привод от коленчатого вала двигателя.
На рис. 207, слева вверху, показана схема подачи горючего насосом. На этой схеме изображен шестеренчатый насос, который нагнетает горючее при помощи шестерен. С той стороны насоса, где зубья шестерен расходятся (во входной камере), создается разрежение, а с другой стороны, где зубья входят в зацепление (в нагнетающей камере), возникает давление. Зазор между зубьями и корпусом должен быть очень мал, чтобы горючее находилось только между зубьями шестерен.
Наряду с шестеренчатыми широко применяются так называемые коловратные насосы, на принципе действия которых мы остановимся ниже (см. главу VII). Встречаются насосы других типов, например диафрагменные. В диафрагменном насосе упругая мембрана (диафрагма), выгибаясь и распрямляясь под воздействием привода, сначала засасывает горючее в рабочее пространство насоса, а затем выталкивает его.
Двигатель всегда расходует меньше горючего, чем может подать топливоподкачивающий насос. Нужное количество горючего дозируется (отмеряется) карбюратором или топливным насосом. Излишек горючего 198
Схема подачи горючего вЛшгатмь При запуске двигателя
Контрольные приборы
Топливный филыпр тонкой очистки
Трубка сообщения с атмосферой
Пробка заливного отверстия
Топливопод-
Топливный
насос
Давление горючего
Рис. 207. Схемы систем питания дизеля и карбюраторного двигателя
Топливный
фильтр
Система питания дизеля
Из бака
При работающем двигателе
Перепускной клапан
Воздушный фильтр
Редукционный клапан
Система питания карбюраторного двигателя
Карбюратор
Форсунка
Воздушный фильтр
Распределительный кран
Пробка сливного отверстия
Фильтр грубой очистки
качивающий
возвращается во входную камеру насоса через редукционный клапан (см. рис. 207). Пропуская излишек горючего, клапан поддерживает в системе постоянное давление в пределах 0,5—1 ат сверх атмосферного. Чтобы контролировать давление горючего, на щитке контрольных приборов иногда устанавливают манометр (рис. 207, справа внизу).
В диафрагменном насосе роль редукционного клапана играет особого устройства привод, который работает так, что ход диафрагмы, а следовательно, и количество подаваемого насосом горючего всегда соответствуют количеству горючего, потребляемого двигателем. Детали привода насоса работают вхолостую тем больше, чем меньше горючего расходует двигатель.
Для подачи горючего к неработающему двигателю перед его запуском в системе питания нужно иметь дополнительный насос (обычно с ручным приводом). В дизеле ручной насос служит также для того, чтобы удалить из системы питания пузырьки воздуха, которые могут нарушить подачу горючего в цилиндры.
Если, кроме основного топливоподкачивающего насоса, имеется дополнительный (ручной), в системе нужно иметь два перепускных клапана, по одному в каждом из насосов. Когда работает основной насос, горючее проходит через перепускной клапан дополнительного насоса и наоборот. Иначе горючее не смогло бы пройти через неработающий насос. На рис. 207 показана работа клапанов при запуске двигателя, когда действует ручной насос, и при нормальной работе, когда действует основной насос.
В некоторых системах горючее подается к неработающему двигателю сжатым воздухом; в этом случае в баке создается давление ручным насосом.
ФИЛЬТРЫ
Рис. 208. Устройство прсзолочно-щелевого фильтра
Для очистки горючего служат фильтры. Посторонние частицы, попавшие в бак, могут засорить топливопроводящие трубки и отверстия распылителей форсунок, а также вызвать ускоренный износ деталей топливного насоса.
В каждый из цилиндров дизеля за один рабочий цикл впрыскивается очень небольшое количество горючего под высоким давлением; поэтому топливная аппаратура дизеля — топливный насос, форсунка — изготовляется с большой точностью. Достаточно указать, что зазоры между некоторыми деталями топливной аппаратуры равны тысячным долям миллиметра. Понятно, что даже очень мелкие твердые частицы, попав между этими деталями, нарушат их работу. Ввиду этого очищать горючее для дизелей надо особенно тщательно.
В системе питания дизеля ставят обычно два фильтра: один — для грубой очистки, который задерживает крупные частицы; другой — для тонкой очистки, окончательно фильтрующий горючее (см. рис. 207, справа).
В фильтре горючее очищается благодаря тому, что оно проходит через металлическую сетку, войлочную набивку, шелк и т. д. В проволочнощелевых фильтрах (рис. 208) горючее проходит через щели, образующиеся между каждыми двумя соседними витками специальной проволоки, имеющей небольшие выступы.
Фильтр служит одновременно и отстойником. Мелкие твердые частицы, более тяжелые, чем горючее, и вода опускаются на дно корпуса фильтра и могут быть удалены
Выход горючего
Вход горючего
Корпус
Сливной кран
Каркасная трубка
Рис. 209. Поглотительный фильтр со сменным фильтрующим устройством
Фильтрующий сменный элемент Центральная топливоприемная трубка
оттуда через сливное отверстие, закрытое пробкой,
или через сливной кран. Фильтры нужно
периодически очищать и промывать.
Существуют так называемые поглотительные фильтры (рис. 209), в которых горючее проходит через специальную пористую массу, поглощающую примеси. Засорившийся фильтрующий элемент этих фильтров заменяется новым.
ТОПЛИВНЫЙ НАСОС. ФОРСУНКИ
Очищенное в фильтре горючее поступает к топливному насосу дизеля. Топливный насос отмеряет нужное количество горючего и подает его под высоким давлением (200—300 ат) к форсункам. Высокое давление необходимо для того, чтобы горючее, впрыснутое в цилиндр, где находится сжатый воздух, хорошо распылилось и смешалось с воздухом. Кроме того, топливный насос распределяет горючее по цилиндрам двигателя в той последовательности, в какой работают отдельные цилиндры.
Топливный насос (рис. 210) состоит из корпуса, установленные в корпусе секций насоса и кулачкового валика, приводимого во вращение от коленчатого вала двигателя. Все секции одинаковы по устройству, а число их, как и число кулачков валика, равно числу цилиндров двигателя. Каждая секция соединена трубкой с форсункой одного из цилиндров.
Главными деталями секции (рис. 211) являются гильза, плунжер, клапан с пружиной и седло клапана. Точная дозировка небольшого коли-
Рис. 210. Общий вид топливного насоса
чества горючего, подаваемого к форсунке под высоким давлением каждой секцией за один ход плунжера, возможна только при весьма тщательной подгонке деталей секции. Особенно ответственные пары деталей плунжер — гильза и клапан — седло клапана подбираются и подгоняются попарно с ничтожно малыми зазорами. Чтобы уменьшить износ этих деталей, их изготовляют из легированной стали и подвергают термообработке.
Работа секции заключается в следующем. По подводящему каналу горючее поступает к гильзе и через отверстия проходит внутрь нее (рис. 212). При вращении кулачкового валика каждый из его кулачков поочередно поднимает через толкатель плунжер одной из секций (см. рис. 210). Поднимаясь, плунжер закрывает подающее отверстие в гильзе, вследствие чего давление над плунжером начинает повышаться. Когда оно станет достаточным, клапан откроется, и горючее будет вытолкнуто в топливопровод, соединяющий секцию насоса с форсункой.
Проследим, как изменяется количество горючего, поступающего в цилиндр. Плунжер имеет продольную канавку, от которой идет косой срез, образующий так называемую отсечную кромку. При помощи поворотной втулки и зубчатого сектора плунжер связан с зубчатой рейкой насоса (рис. 211). Рейка тягами связана с педалью подачи горючего. Нажимая на педаль, механик-водитель одновременно поворачивает плунжеры в гильзах всех секций на один и тот же угол.
Когда педаль отпущена, плунжеры повернуты так, что продольная канавка приходится против подающего отверстия в гильзе (рис. 213). В этом случае плунжер, двигаясь вверх, не будет подавать к форсунке горючее: по канавке оно свободно будет перетекать обратно к отверстию гильзы и через него — в подводящий канал.
При нажатии на педаль рейка передвигается, поворачивая плунжеры во всех гильзах. Продольная канавка отходит от отверстия (сравните нижние рисунки — положения А и Б). Теперь плунжер, перекрыв отверстие, начнет подавать горючее. Подача происходит до тех пор, пока косой срез плунжера не подойдет к отверстию гильзы (положение Б на рис. 213), т. е. пока горючее не начнет перетекать по канавке и срезу обратно в подводящий канал. В этот момент давление внутри гильзы упадет: под действием горючего, сжатого в топливопроводе высокого давления, и пружины клапан закроется, и подача прекратится, хотя
Подача к форсунке
Плунжер
Рейка
Клапан
< Гильза
Рис. 211. Секция топливного насоса
Возвратная пружина Поворотная втулка Толкатель
Кулачковый валик
плунжер будет продолжать подниматься. Произойдет, как говорят, отсечка.
Таким образом, подача горючего начинается с момента перекрытия плунжером подающих отверстий и заканчивается в момент открытия отсечного отверстия отсечной кромкой (косым срезом) плунжера.
Чем больше нажимать на педаль, тем на больший угол повернется плунжер и тем позднее его косой срез откроет отсечное отверстие гильзы; следовательно, тем больше горючего поступит в цилиндры.
В цилиндры двигателя горючее впрыскивается через форсунку (рис. 214), закрепленную в головке двигателя. Форсунка состоит из корпуса, распылителя, иглы распылителя, нажимного стержня и пружины. Игла прикрывает распиливающие отверстия распылителя.
Горючее от насоса поступает к форсунке и, проходя по каналу к игле, давит на нее снизу (см. рис. 214, справа). Когда давление горючего станет больше давления пружины, игла поднимется, сжав пружину
Рис. 213. Изменение количества горючего, подаваемого секцией
рючего монтируется непосредственно на двигателе распределительному валу.
через нажимнои стержень. Горючее через распиливающие отверстия будет впрыснуто в камеру сжатия, смешается здесь с воздухом и воспламенится.
Описанная форсунка называется закрытой, так как рас-пыливающие отверстия в ней закрываются иглой. Существуют открытые форсунки, не имеющие иглы и пружины. Они значительно проще по устройствуг но не обеспечивают хорошей отсечки — быстрого прекращения подачи горючего («подтекают»).
Иногда секция топливного насоса и форсунка объединяются в так называемую насос-форсунку (рис. 215), установленную в головке цилиндра. В этом случае кулачковый валик подачи го-(рис. 216), подобно
На некоторых дизелях применяют специальные камеры сгорания, улучшающие распыливание горючего. Это позволяет уменьшить давление впрыска до 80—120 ат. На рис. 217 показана камера сжатия, состоящая из предкамеры и основной камеры. В двигателях с предкамерой горючее впрыскивается в предкамеру, которая сообщается с основной камерой несколькими небольшими отверстиями. Попав в предка-меру, горючее воспламеняется, но сгореть полностью из-за недостатка воздуха не может. Газы, образовавшиеся при сгорании части горючего, с силой вырываются в камеру сжатия, захватывая с собой остальное горючее. Этим обеспечивается его хорошее распыливание и смешивание с воздухом. Недостаток предкамерного двигателя — значительная поверхность охлаждения камеры сгорания, что приводит к потере большого количества тепла. Двигатель с предкамерой запускать труднее, чем двигатели с непосредственным впрыском горючего в камеру.
Предкамерный двигатель имеет, как мы видели, разделенную на две части камеру сгорания, в отличие от неразделенной, рассмотренной выше. Существуют и другие типы разделенных камер, на которых мы здесь не останавливаемся.
Рис, 214. Форсунка
Рис. 216. Установка насос-форсунки в головке двигателя
Рис. 217. Цилиндр предкамерного двигателя
КАРБЮРАТОР
В карбюраторном двигателе горючая смесь образуется вне цилиндров. Для приготовления смеси служит карбюратор.
Устройство простейшего карбюратора показано на рис. 218. Бензин от подкачивающего насоса поступает через отверстие, прикрываемое запорной иглой, в поплавковую камеру. По мере того как камера заполняется, поплавок, соединенный с иглой, поднимается, опуская иглу. При определенном уровне бензина игла закрывает отверстие полностью. Таким образом, поплавковая камера не переполняется, и уровень горючего в ней всегда постоянный.
Смесительная камера карбюратора соединяется с цилиндрами двигателя впускной трубой, перекрываемой впускными клапанами.
При такте впуска благодаря разрежению в цилиндре воздух устремляется в цилиндр через смесительную камеру карбюратора. Вследствие высокой скорости движения воздуха давление в смесительной камере будет ниже атмосферного, а в поплавковой камере оно равно атмосферному, так как камера соединена с наружным воздухом специальным отверстием. Под действием разности давлений горючее из поплавковой камеры будет поступать по соединительному каналу в специальную трубку — распылитель. Вытекающее из распылителя горючее распиливается и увлекается потоком воздуха. В соединительном канале имеется особая деталь в виде пробки, в которой сделано калиброванное отверстие. Эта деталь называется жиклером. Конец распылителя находится в самой узкой части диффузора. Иногда для улучшения рас-пыливания ставят несколько диффузоров, один внутри другого.
Диффузор
Рис. 218. Простейший карбюратор
Скорость воздуха, проходящего через диффузор, увеличивается вследствие сужения диффузора, а потому значительно возрастает и разрежение воздуха. Так как скорость воздуха в диффузоре примерно в 25 раз больше, чем скорость истечения горючего из распылителя, воздух разбивает струю горючего на мелкие частицы, которые испаряются и смешиваются с воздухом. Этот процесс напоминает работу обычного пульверизатора; карбюратор такого типа иногда и называют пульверизационным.
В цилиндры смесь поступает достаточно хорошо перемешанной, значительная часть горючего в ней уже испарена.
На пути движения горючей смеси установлена дроссельная заслонка, соединенная тягами с педалью подачи горючего («педаль газа»), находящейся в отделении управления. Если закрыть дроссельную заслонку полностью, горючая смесь не будет вовсе поступать в цилиндры, и двигатель остановится или, как говорят, заглохнет. С увеличением открытия дроссельной заслонки увеличивается количество поступающей в двигатель смеси, и мощность двигателя возрастает.
Описанный нами карбюратор является простейшим (элементарным).
Применяемые на танковых и других двигателях карбюраторы значительно сложнее. Элементарный карбюратор обладает существенным недостатком: по мере увеличения открытия дроссельной заслонки, он дает все более богатую горючую смесь. Это объясняется тем, что с увеличе-
Рис. 219. Два карбюратора — простейший и с компенсационным колодцем — могут быть объединены
нием открытия дроссельной заслонки увеличиваются-скорость потока воздуха и разрежение в диффузоре; при этом количество горючего, поступающего через жиклер в смесительную камеру, увеличивается быстрее, чем возрастает количество поступающего туда воздуха, и смесь обогащается.
Между тем, при работе двигателя с неполной мощностью выгодно подавать в цилиндры несколько обеднен ную смесь. Тогда горючее будет сгорать полностью и удельный расход его будет меньше. Карбюратор должен
быть устроен так, чтобы при _ средней нагрузке двигателя : состав обедненной горючей смеси не изменялся по мере открытия слонки. В различных карбюраторах это достигается по-разному ф
Мы рассмотрим один из наиболее распространенных карбюраторов, в котором постоянство горючей смеси достигается благодаря объединению простейшего карбюратора и карбюратора с так называемым компенсационным колодцем (рис. 219). В простейшем карбюраторе с увеличением открытия дроссельной заслонки смесь обогащается. В карбюраторе
6
9 Дроссельная заслонка открыта полностью
Рис. 220. Экономайзер
дроссельной за-
с компенсационным колодцем она сильно обедняется, так как давление в компенсационном колодце, куда поступает горючее через компенсационный жиклер, всегда равно атмосферному. Поэтому количество горючего, поступающего в смесительную камеру этого карбюратора, не зависит от разрежения в ней. Подбором сечений главного и компенсационного жиклеров достигается нужное постоянство состава обедненной смеси.
Рис. 221. Устройство холостого хода
Нолодец
калиброванное \ Обратный отверстие клапан
Когда двигатель работает- с большой нагрузкой, „ т. е. когда он должен дать
Поршень^норительногл полную или почти полную мощность, необходимо подавать в цилиндры несколько обогащенную смесь. Чтобы обогатить смесь при полном открытии дроссельной заслонки, применяют устройство, называемое экономайзером. Схема такого устройства показана на рис. 220. Когда дроссельная заслонка открыта не полностью, клапан экономайзера закрыт (рис. 220, Л). При
Рис. 222. Ускорительный насос
кой и стенкой смесительной камеры, холостого хода горючее подается
полном открытии дроссельной заслонки (рис. 220, Б) рычажок, связанный с осью заслонки, приподнимает клапан, открывая канал для дополнительного поступления горючего через распылитель, благодаря чему смесь обогащается.
Когда двигатель работает на холостом ходу с малыми оборотами, его поршни движутся медленно. Медленно движется и воздух, проходящий через диффузор; поэтому воздух плохо распыляет горючее и не создает достаточно однородной смеси. Разрежение будет наибольшим не в диффузоре, а у узкой щели между прикрытой дроссельной заслон-Для работы на малых оборотах поэтому не к диффузору, а по
специальной трубке с жиклером холостого хода в пространство над дроссельной заслонкой (рис. 221). В трубке имеется отверстие, через которое подсасывается воздух. Так как скорость сгорания смеси на малых оборотах замедляется, смесь обогащают, чтобы повысить скорость сгорания. Это достигается подбором сечений для прохода горючего и воздуха. Воздушное отверстие обычно перекрывается винтом, позволяющим регулировать работу карбюратора на холостом ходу.
Если механик-водитель резко нажимает на педаль, открывая дроссельную заслонку, смесь сильно обедняется, так как поток воздуха сразу устремляется в цилиндры, а скорость горючего, более тяжелого, чем воздух, из-за большой его инерции увеличивается медленно. Вследствие обеднения смеси двигатель может заглохнуть, а если этого и не произойдет, он, как говорят, будет обладать плохой приемистостью, т. е. будет медленно набирать обороты.
КЗ
Воз дух
I /7t;p"
% Впускной клапан ускорительного асоса
Воздушная заслонка х
Автоматической ышгшн воздушной зао Винт холостого хода
Подача _ “ горючего
Игольчатый клапан
камеры
Поплавковая
Жиклер хо 'wee'С-: хода Теплоизоляционная прокладка'
Пружина регулятора максимальных оборотов
тонки
Жиклер ускорительного
Поршень пневматического привода экономайзера и ускорительного насоса
р Плунжер ускорительного насоса
Нагнетательный клапан ускорительного нпссга
Клапан экономайзера Компенсационный жиклер
Условные обозначения:
Воздух
Регулировочная Горючее
лла жиклера Эмульсия
швальная заслонка Смесь
ДМ Наружный диффузор переменного сечени я Ж Средний диффузор ® Внутренний диффузор
Главный
1- Воздушный канал системы холостого хода. 2-Воздушный канал к жиклеру ускорительного насоса. 3 Балансировочный канал поплавковой камеры.
4-Нижний канал камеры поршня привода экономайзера и ускорительного насоса.
5-Верхний канал камеры поршня привода экономайзера и ускорительного насоса.
Б-Боковой канал главного жиклера. 7-Выходные отверстия системы холостого хода
Рис. 223. Схема современного карбюратора (для примера показана работа на холостом ходу)
Чтобы улучшить приемистость и избежать остановки двигателя, на современных карбюраторах применяют ускорительный насос (рис. 222). Поршень насоса соединен с осью дроссельной заслонки. Если плавно открывать дроссельную заслонку, поршень медленно опускается вниз, и горючее через обратный шариковый клапан свободно перетекает в поплавковую камеру — ускорительный насос работает вхолостую. Если резко нажать на педаль дроссельной заслонки, поршень опускается быстро, но горючее не может быть вытолкнуто в поплавковую камеру, так как обратный клапан в этом случае автоматически закрывается. Поршень гонит горючее в смесительную камеру, и смесь обогащается. Благодаря этому двигатель быстро набирает обороты, а танк — скорость.
Каждый современный карбюратор имеет компенсационное устройство, систему холостого хода, экономайзер и ускорительный насос. На рис. 223 показана для общего ознакомления схема такого карбюратора.
РЕГУЛЯТОР
Выше указывалось, что для каждого двигателя существует предельное число оборотов, превышать которое не следует. Если превысить допустимые обороты, значительно увеличится износ деталей двигателя. Кроме того, при увеличении скорости вращения коленчатого вала и движения поршней чрезмерно возрастают силы инерции, перегружающие детали двигателя. В дизелях при превышении оборотов сверх допустимых возникает дымление. Дымление не только сопровождается ненужным расходом горючего, но вызывает образование нагара в цилиндрах и перегрев двигателя.
Особенно опасно для двигателя явление «разноса».
Допустим, что при большой подаче горючего педаль управления дроссельной заслонкой или рейкой насоса по какой-либо причине «заело» и уменьшить подачу нельзя. Если мощность, развиваемая двигателем, станет больше, чем нужно по условиям движения танка, то в результате излишка мощности увеличится число оборотов двигателя, которое в конце концов превзойдет предельное, и двигатель «пойдет в разнос».
Следует указать, что в этом отношении имеется значительная разница между карбюраторным двигателем и дизелем.
При увеличении числа оборотов карбюраторного двигателя сверх допустимого ухудшится наполнение цилиндров, так как скорость потока воздуха возрастет и сопротивление движению воздуха во впускной трубе и особенно в карбюраторе увеличится. Уменьшение количества смеси, сгорающей в цилиндрах, приведет к снижению мощности двигателя. Карбюраторный двигатель автоматически приспособится к новым условиям и большого возрастания числа оборотов не произойдет.
Иначе обстоит дело в дизеле. По мере увеличения числа оборотов дизеля несколько ухудшится наполнение цилиндров воздухом. Но подача горючего при том же положении рейки топливного насоса возрастет, так как при более быстром движении плунжера уменьшится утечка горючего через зазор между гильзой и плунжером и, следовательно, подача горючего будет начинаться при более низком и заканчиваться при более высоком положении плунжера. Значит, на меньшее количество воздуха придется больше горючего, смесь обогатится, поэтому мощность двигателя возрастет; повышение мощности при неизменной нагрузке вызовет дальнейшее увеличение числа оборотов и т. д. Двигатель в этом случае может выйти из строя.
Рис. 224. Соотношение момента на валу двигателя и момента сопротивления (без регулятора)
регулятором ьных оборо-
дизель должен
Рис. 225. Соотношение момента на валу двигателя и момента сопротивления (с регулятором)
Чтобы предохранить двигатель от вредных последствий, возможных при чрезмерном увеличении оборотов, некоторые карбюраторные двигатели и все дизели снабжаются регулятором, который автоматически ограничивает предельное число оборотов коленчатого вала двигателя. Такой регулятор называется максимал то в.
Однако
быть обязательно снабжен также регулятором минималь-ных оборотов холостого хода, поддерживающим заданное число оборотов при работе двигателя без нагрузки. Остановимся на этом вопросе подробнее.
На рис. 224 показано, как изменяется в зависимости от числа оборотов двигателя крутящий момент на коленчатом валу 1 и момент сопротивления вращению коленчатого вала, создаваемый трением в подшипниках, вспомогательными механизмами и т. д., иначе говоря, момент внутреннего сопротивления. Момент сопротив
ления медленно возрастает с увеличением числа оборотов двигателя. Крутящий же момент на валу дизеля при неизменном положении рейки возрастает несколько быстрее, что объясняется уже упоминавшимся увеличением подачи горючего при повышении числа оборотов.
Когда двигатель работает на холостом ходу, число его оборотов должно быть таким, при котором оба момента равны (точка пересечения обеих линий), поскольку в этом случае энергия расходуется только на внутренние сопротивления. Но пусть по какой-либо случайной причине (например, самое небольшое уменьшение сил трения из-за разогрева масла) число оборотов незначительно возрастет. Тогда образуется избыток крутящего момента, который приведет к дальнейшему увеличению числа оборотов. Это приведет к еще большему увеличению избытка момента и т. д.— обороты будут возрастать, двигатель «пойдет в разнос».
Наоборот, случайное уменьшение числа оборотов приведет к тому, что двигатель заглохнет, так как крутящий момент станет меньше момента внутреннего сопротивления и не сможет его преодолеть.
Регулятор минимальных оборотов холостого хода по мере изменения числа оборотов должен изменять подачу горючего
1 Не следует смешивать его с моментом двигателя, замеряемым на маховике; этот момент меньше на величину момента внутреннего сопротивления, о котором речь будет ниже; при холостом ходе момент двигателя равен нулю.
так, чтобы момент на валу возрастал при уменьшении оборотов и уменьшался при их увеличении (см. рис. 225). Тогда при случайном уменьшении оборотов будет создаваться избыток момента, а при их увеличении — избыток сопротивления. Число оборотов автоматически установится прежним, соответствующим точке пересечения моментов, или близким к прежнему, если сопротивление несколько изменится (пунктирные линии на рис. 225). У карбюраторного двигателя такое саморегулирование происходит без регулятора, вследствие изменения наполнения при меняющихся оборотах.
Оба регулятора дизеля, рассмотренные нами выше, обычно объединяют в один, называемый двухрежимным.
На некоторых двигателях применяют всережимные регуляторы. Так называют регуляторы, которые при каждом данном положении педали подачи горючего поддерживают вполне определенные постоянные обороты коленчатого вала.
Регуляторы могут быть самых различных типов: пневматические (воздушные), гидравлические (масляные), механические — центробежные. Мы рассмотрим устройство центробежного регулятора как наиболее распространенного.
Рабочие обороты двигателя Рейка ЩЩХ топливного насоса
Сила пружины
Валик
Центробежная сила груза
Подвижная втулка.
Рис. 226. Центробежный регулятор максимальных оборотов
РЕГУЛЯТОР МАКСИМАЛЬНЫХ ОБОРОТОВ И ДВУХРЕЖИМНЫЙ РЕГУЛЯТОР
Основные детали центробежного регулятора максимальных оборотов (рис. 226) — это валик, грузы и пружины. Валик регулятора приводится во вращение коленчатым валом двигателя. В валике закреплена ось грузов, на которую свободно посажены грузы. Предварительно сжатые пружины прижимают грузы к валику.
По мере увеличения числа оборотов коленчатого вала, а значит, и валика привода регулятора возрастает центробежная сила грузов, которая стремится развести их в стороны. При определенном числе оборотов, близком к предельному, центробежная сила увеличивается настолько, что грузы начинают расходиться, преодолевая давление предварительно сжатых пружин. Расходясь, грузы передвигают посредством рычагов подвижную втулку и через нее перемещают рейку топливного насоса (или поворачивают дроссельную заслонку карбюратора) так, что подача горючего уменьшается. Вес грузов и натяжение пру-
жин подбирают с таким расчетом, чтобы обороты не могли превысить предельных, допустимых для данного двигателя. Если обороты коленчатого вала уменьшатся, грузы под действием пружин сойдутся и подвинут рейку (или повернут дроссельную заслонку) в противоположную сторону — подача горючего увеличится.
Двухрежимный регулятор снабжен двумя пружинами — слабой и сильной. На малых оборотах холостого хода грузы сжимают слабую пружину, поддерживая обороты и препятствуя двигателю заглохнуть. На больших оборотах действует сильная пружина, и регулятор поддерживает максимальные обороты двигателя.
ВСЕРЕЖИМНЫЙ РЕГУЛЯТОР
В отличие от регулятора, ограничивающего наибольшие обороты двигателя, и двухрежимного, который, кроме того, поддерживает минимальные обороты холостого хода, всережимный регулятор автоматически поддерживает любые обороты, которые пожелает установить механик-водитель независимо от изменения нагрузки на двигатель.
Рассмотрим работу центробежного всережимного регулятора. Он отличается от двухрежимного тем, что педаль подачи горючего воздействует на рейку топливного насоса не непосредственно, а через пружину регулятора. Вследствие этого различия изменяется вся работа регулятора.
В двухрежимном регуляторе сила натяжения пружин, препятствующих расхождению грузов, не изменяется. Грузы начинают расходиться тогда, когда их центробежная сила превысит силу натяжения пружин. Поскольку центробежная сила определяется числом оборотов валика регулятора, грузы будут расходиться и передвигать рейку только при определенных оборотах. На всех других оборотах регулятор никак не воз-действует на рейку, и подача горючего изменяется только путем перемещения педали.
Во всережимном регуляторе одновременно с перемещением педали растягивается пружина. Каждому положению педали соответствует определенная сила натяжения пружины, удерживающая грузы регулятора. Грузы, как и в двухрежимном регуляторе, начнут расходиться тогда, когда их центробежная сила превысит силу натяжения пружины. Но во всережимном регуляторе, в зависимости от растяжения пружины, это будет происходить при различных оборотах. Обороты будут тем больше, чем сильнее растянута пружина.
Рассмотрим схему всережимного регулятора (рис. 227). На конце валика топливного насоса закреплена крестовина с грузами. Вращаясь вместе с крестовиной, грузы могут свободно перемещаться в ее прорезях.
Крестовина расположена между неподвижной конусной тарелкой, прикрепленной к корпусу насоса, и подвижной плоской тарелкой, которая свободно сидит на валике и может перемещаться в продольном направлении. Подвижная тарелка через подшипник воздействует на рычаг рейки, соединенный с рейкой и пружиной регулятора. Вследствие того, что центробежная сила увеличивается пропорционально квадрату окружной скорости, т. е. в гораздо большее число раз, чем обороты, в регуляторах иногда делают не одну, а несколько пружин (две-три), вступающих в работу одна за другой; если бы регулятор имел только одну пружину, то для получения достаточной силы на больших оборотах потребовалось бы растягивать пружину на слишком большую величину.
Действительно, сила пружины пропорциональна ее растяжению; поскольку с увеличением числа оборотов, скажем, в три раза центробежная сила грузов вырастет более чем в девять раз (так как грузы отхо-
Рис. 227. Всережимный регулятор
дят от центра и их скорость растет больше, чем обороты в квадрате). Тогда растяжение пружины также должно увеличиться более чем в девять раз. Если же пружин несколько, начиная с определенного момента, будет растягиваться не одна, а две пружины, затем три, и нужная сила получится при малом ходе рычага.
При запуске двигателя механик-водитель нажимает на педаль подачи горючего, воздействуя на пружину. Пружина, не встречая противодействия со стороны грузов, при помощи рычага передвинет рейку до упора и установит ее в положение наибольшей подачи горючего уже при небольшом ходе педали. При дальнейшем нажатии на педаль пружина будет растягиваться. Чем больше она растянута, тем с большей силой подвижная тарелка давит на грузы, прижимая их к неподвижной тарелке.
Допустим, что эта сила равна 5 кг. Как только двигатель заработает, крестовина начнет вращаться. Вследствие большой подачи горючего обороты двигателя быстро возрастут. Под действием центробежной силы грузы стремятся разойтись; при этом, перемещаясь по конусной поверхности неподвижной тарелки, они давят на подвижную тарелку, стремясь сдвинуть ее влево. Сила, с которой грузы действуют на подвижную тарелку, зависит от их центробежной силы, т. е. от оборотов. Пусть эта сила воздействия достигает 5 кг при 800 об/мин. Как только двигатель разовьет эти обороты, грузы смогут разойтись, и подвижная тарелка начнет двигаться влево, перемещая рейку и уменьшая подачу горючего.
Грузы будут расходиться до тех пор, пока количество подаваемого горючего не станет достаточным для поддержания 800 об/мин. После этого тарелка остановится, так как с обеих сторон на нее действуют равные силы (по 5 кг)\ небольшим дополнительным растяжением пружины при расхождении грузов пренебрегаем.
Положим далее, что нагрузка на двигатель возросла. Тогда его обороты начнут уменьшаться. Если всережимного регулятора нет, механик-водитель, желая поддержать прежние обороты, должен нажать на педаль, чтобы увеличить подачу горючего. При наличии регулятора произойдет следующее: с уменьшением оборотов и центробежной силы 216
уменьшится сила, воздействующая на подвижную тарелку; пружина переместит тарелку вправо, заставив грузы сдвинуться к центру; при этом? рейка также передвинется вправо, увеличивая подачу горючего, пока* вновь не установятся прежние обороты (800 об/мин). Тогда на подвижную тарелку с обеих сторон вновь будут действовать равные силы (по 5 кг), и двигаться она не будет.
Если нагрузка уменьшится и обороты возрастут, грузы вновь разойдутся, снижая подачу горючего до тех пор, пока число оборотов не достигнет прежних 800 об/мин.
Как уже упоминалось, в этих рассуждениях мы пренебрегаем небольшим дополнительным растяжением или сжатием пружины, происходящим при передвижении подвижной тарелки; поэтому фактически обороты не будут строго постоянными, но колебания их при изменении нагрузки незначительны.
Когда механик-водитель желает увеличить обороты, он нажимает на педаль, дополнительно растягивая пружину. Положим, что сила нажатия на подвижную тарелку доведена до 7 кг. Так как сила отталкивания при данных оборотах составляет всего 5 кг, то подвижная тарелка и рейка переместятся вправо. Подача горючего увеличится, и обороты будут возрастать, пока сила отталкивания грузов не достигнет 7 кг. Это произойдет, скажем, при 1000 об/мин. При меняющейся нагрузке регулятор будет поддерживать эти обороты точно так же, как в предыдущем случае он поддерживал 800 об/мин.
Разумеется, постоянные обороты могут сохраняться только до известного предела нагрузки. Когда нагрузка станет предельной, рейка дойдет до упора, что соответствует наибольшей подаче горючего. Дальнейшее увеличение нагрузки вызовет уменьшение оборотов. В зависимости от соотношения между нагрузкой и крутящим моментом двигателя (по характеристике) либо установятся меньшие обороты, либо двигатель заглохнет. При нажатии на педаль подача горючего в этом случае не увеличится, как бы сильно ни растягивалась пружина.
Из сказанного следует, что управление двигателем, не имеющим регулятора (или имеющим двухрежимный регулятор), существенно отличается от управления двигателем со всережимным регулятором. Когда регулятора нет, механик-водитель, воздействуя на педаль, устанавливает ту или иную подачу горючего, а обороты изменяются самопроизвольно в зависимости от нагрузки. Чтобы при меняющейся нагрузке поддержать постоянные обороты, необходимо непрерывно воздействовать на педаль.
При наличии всережимного регулятора механик-водитель, воздействуя на педаль, устанавливает те или иные обороты, а подача горючего изменяется автоматически в зависимости от нагрузки. Для поддержания постоянных оборотов не требуется воздействовать на педаль; педаль может быть установлена в определенное положение (зафиксирована) .
В ряде случаев, особенно на марше, бывает важно поддерживать постоянную скорость танка. Всережимный регулятор заметно упрощает в этих условиях работу механика-водителя.
В бою, когда скорость танка приходится все время менять, управление при наличии всережимного регулятора существенно не облегчается; зато уменьшается вероятность, что двигатель заглохнет на препятствии,, так как при любых оборотах регулятор обеспечивает в случае необходимости наибольшую возможную подачу горючего. Без регулятора двигатель заглохнет, если механик-водитель своевременно не нажмет на педаль.
КОРРЕКТОР ПОДАЧИ ТОПЛИВА
Как уже указывалось, повышению мощности дизеля препятствует дымление — неполное сгорание горючего на больших оборотах; поэтому ход рейки топливного насоса ограничивают упором так, чтобы при наибольшей подаче горючего двигатель не дымил.
Пусть двигатель работает на наибольшей мощности, т. е. рейка уже дошла до упора. Если сопротивление вращению коленчатого вала увеличится, обороты начнут уменьшаться, а крутящий момент, как это следует из характеристики двигателя, будет возрастать, хотя подача горючего не изменится (незначительным изменением подачи на один ход из-за уменьшения числа оборотов пренебрегаем, так как оно оказывает заметное влияние только на холостом ходу). Регулятор в этом случае не будет поддерживать обороты постоянными, так как, несмотря на уменьшение центробежной силы грузов, пружина не может подать вперед рейку: она уже дошла до упора.
Увеличение крутящего момента при падении числа оборотов у дизелей, как уже упоминалось, невелико. Поэтому при сколько-нибудь значительном росте сопротивления двигатель будет глохнуть.
Было бы весьма желательно в этот момент дать двигателю больше горючего, что позволило бы дополнительно увеличить крутящий момент. Опасаться дымления теперь не приходится, так как обороты уменьшились.
Но если убрать упор и дать рейке возможность свободно двигаться вперед, то на больших оборотах при увеличенной подаче горючего двигатель будет дымить.
Из этого, казалось бы, безвыходного положения был найден весьма простой выход: жесткий упор рейки был заменен достаточно сильной пружиной (рис. 228). Насос при этом отрегулирован так, что двигатель развивает полную мощность без дымления при том положении рейки, когда она вплотную подошла к упорной пружине, называемой пружиной корректора, но еще не сжала ее. При этом положении на рейку действуют равные силы: сила пружины регулятора и сила грузов, скажем, по 20 кг каждая (рис. 228, вверху).
Пусть увеличение сопротивления движению вызовет уменьшение оборотов двигателя. Центробежная сила грузов уменьшится, скажем, до 18 кг и основная пружина (ее сила 20 кг) начнет передвигать рейку вперед. Подача горючего возрастет.
В то же время движением рейки сжимается пружина корректора. Теперь на рейку действуют уже не две, а три силы: сила основной пружины 20 кг и противодействующие ей силы грузов 18 кг и пружины корректора 2 кг (рис. 228, внизу). Под действием этих сил рейка находится в равновесии. Увеличение подачи горючего дополнительно увели-
чивает крутящий момент двигателя при уменьшенных оборотах. Так как обороты уменьшились, дымление не происходит.
Описанный пружинный упор рейки насоса называется пружинным корректором подачи топлива.
Корректор подачи топлива позволяет увеличить наибольший крутящий момент двигателя, не увеличивая его наибольшей мощности, т. е. п о в ы-шает приспособляемость двигателя.
ВОЗДУШНЫЙ ФИЛЬТР
Воздух для образования горючей смеси в цилиндрах двигателя берется из атмосферы. Но в воздухе, окружающем движущийся танк, содержится много пыли, особенно летом на проселочных дорогах. При движении в колонне танки идут в сплошных облаках пыли. В каждом кубическом метре воздуха в этих условиях иногда содержится до 3—5 г пыли. Если двигатель, литраж которого равен 40 л, делает 2000 об/мин, в него при такой запыленности воздуха за 1 час работы могло бы попасть 7—12 кг пыли.
Очищенный воздух,поступающий в цилиндры двигателя
Сетка
анитслы
Сетка
Рис. 229. Однопоточный вихревой воздушный фильтр
Фильтрующий элемент
Запыленный воздух, поступающий в фильтр
Центральная труба
Направляющий аппарат
Очищенный
Сетка
Канитель
Сетка
Запыленный воздух, поступающий в фильтр
воздух, поступающий в цилиндры ------
двигателя
бункер
ни НИ
Направляющий аппарат
Рис. 230. Многопоточный вихревой воздушный фильтр
Центральная труба
Крышка
Очищенный воздух, поступающий в иилиндры двигателя
Рис. 231. Масляный воздушный фильтр
Большое количество пыли, попадая в цилиндры, быстро привело бы двигатель в негодность. В первую очередь оказались бы изношенными поршневые кольца и цилиндры двигателя.
Поэтому, прежде чем попасть в цилиндры, воздух должен быть тщательно очищен в специальном устройстве, называемом воздушным фильтром. На танках применяют воздушные фильтры разных типов. Один из них показан на рис. 229.
В данном воздушном фильтре воздух, поступающий снаружи, проходя по винтообразному каналу, приводится во вращательное движение. Частицы пыли отбрасываются к стенкам и падают в бункер (приемник). Очищенный на 95—97% воздух проходит через направляющий аппарат, состоящий из пластинок, образующих ряд щелей, в центральную трубу, через которую поступает к фильтрующему устройству. Это устройство состоит из двух сеток, между которыми уложена тонкая скомканная проволока («канитель»), смоченная маслом. Окончательно очищенный воздух попадает в цилиндры двигателя.
Так же работает показанный на рис. 230 воздушный фильтр с несколькими потоками воздуха. Его отличие от предыдущего состоит •в том, что общий поток воздуха разбивается на ряд параллельных потоков. Этим достигается лучшая очистка.
Необходимо иметь в виду, что по мере заполнения бункера воздушный фильтр пропускает все больше пыли: пылинки увлекаются из бункера воздухом (особенно при встряхивании бункера во
время движения танка) и попадают в центральную трубу, а затем — в фильтрующий элемент. Пылинки, не задержанные фильтрующим элементом, увлекаются воздухом в цилиндры двигателя.
Пыль в цилиндры может попадать также при неплотном присоединении воздушного фильтра к воздушным патрубкам двигателя. Поэтому при эксплуатации танка нужно внимательно следить за плотностью соединений.
Описанные воздушные фильтры принадлежат к типу сухих; наряду с ними применяют масляные воздушные фильтры (рис. 231). В них воздух, идущий в цилиндры двигателя, соприкасается с поверхностью масла, залитого в корпус воздушного фильтра, после чего резко меняет направление своего движения. Частицы пыли остаются в масле. Окончательно воздух очищается, проходя через проволочную канитель.
Масляный воздушный фильтр обеспечивает хорошую очистку воздуха, но качество его работы резко ухудшается по мере загрязнения масла.
Чтобы улучшить очистку, фильтры иногда делают комбинированными, объединяя в одном агрегате инерционный (сухой) и масляный воздушные фильтры.
СИСТЕМА СМАЗКИ
Как ни тщательно обработаны скользящие поверхности деталей двигателя, они не бывают совершенно гладкими. Мы называем поверхность гладкой только потому, что ее неровности не видны глазом и не ощущаются рукой. Но они имеются (рис. 232, Л). При работе трущихся деталей, т. е. при перемещении одной детали по другой, на трение затрачивается часть мощности двигателя. Затрачиваемая на трение механиче-
ская энергия переходит в тепловую, не только изнашиваются, но и нагреваются.
Трение значительно уменьшается, если между деталями находится тонкий слой масла (рис. 232, Б), особенно при тщательной обработке (рис. 232, В). К поверхности трущихся деталей прилипает тонкая масляная пленка; трение металла о металл заменяется трением между частицами масла; при этом значительно уменьшается износ и нагрев деталей. Однако поскольку трение все же происходит, температура масла повышается. Нагреваясь, масло становится жидким и вытекает из зазоров между трущимися деталями.
Чтобы обеспечить надежную смазку, надо отводить нагретое и за< грязненное масло от деталей и подводить к ним свежее — охлажденное и очищенное, иначе говоря, заставить смазку перемещаться по замкнутому кругу — циркулировать. При
поэтому вследствие трения детали
Рис. 232. Трение деталей при скольжении без смазки и со смазкой:
А — трение без смазки; Б — трение со смазкой; В — трение со смазкой при улучшенной обработке поверхности
В холодное время (при загустении смазки} радиатор отключается
Масляный бак
Перепускной клапан Трубка сообщения
4 радиатора ^атмосферой
Пробка заливного г Масляный радиатор » отверстия г
Масляный фильтр
Подвод смазки Отвод смазки
Перепускной клапан
насос
Контрольные приборы
нагнетающий
насос
Редукционный клапан
Лишнее масло перепускается} оедукционным клапаном •
При засоренном фильтре масло проходит через ...... и г.
Масляный фильтр перепускной клапан >Давление масла
29
< Температура масла
Рис. 233. Схема системы смазки двигателя
циркуляционной смазке уходящее масло частично охлаждает двигатель. Особенно важно то, что масло может отводить тепло от таких деталей, которые трудно или даже невозможно охлаждать водой или воздухом, например поршневые пальцы, шатунные подшипники и т. п. Таким образом, система смазки является в то же время как бы частью системы охлаждения.
Механизмы, агрегаты и устройства, обеспечивающие смазку двигателя, составляют систему смазки. Рассмотрим основные из них (рис. 233).
МАСЛЯНЫЕ БАКИ
Масло заливается в один или в несколько масляных баков. Емкость баков больше объема заливаемого в них масла; нагретое масло, возвращаясь в бак, пенится и поэтому занимает больший объем.
МАСЛЯНЫЕ НАСОСЫ
В системе смазки танкового двигателя два масляных насоса: нагнетающий и откачивающий. Насосы обычно шестеренчатые. Чаще всего оба насоса объединяются в одном корпусе; в этом случае они называются нагнетающей и откачивающей секциями. Секций может быть и больше двух, например одна нагнетающая и две откачивающие — для отвода смазки из передней и задней частей картера (рис. 234). Насос приводится в действие передачей от коленчатого вала двигателя.
Шестерня ведущего валика
из масляного
из заднего отстойника картера двигателя
из переднего отстойника картера двигателя
Верхняя откачивающая секция
Редукционный клапан
Нижняя откачивающая, секция
Нагнетающая аекиия
к масляному* фильтру;
в масляный-бак
Рис. 234. Устройство шестеренчатого масляного насоса
Нагнетающий насос подает масло в двигатель под давлением; в разных двигателях создается различное давление (4—10 ат). Давление-должно обеспечить поступление вязкого масла в зазоры между подшипниками и шейками коленчатого вала и в зазоры между другими трущимися деталями. К некоторым деталям — цилиндрам, поршням и др. — масло под давлением не подводится; эти детали смазываются вытекающим из подшипников и разбрызгивающимся маслом.
От нагнетающей секции масло поступает под давлением к первой коренной шейке коленчатого вала и заполняет сквозную полость в вале (рис. 235). Из полости вала масло проходит через отверстия к остальным коренным и шатунным подшипникам. По системе каналов в картере и по маслопроводам масло поступает также к подшипникам и кулачкам распределительных валов и к подшипникам валиков передачи к вспомогательным механизмам. Остальные детали смазываются разбрызгиванием. Из подшипников коленчатого вала и цилиндров масло попадает прямо в картер, а из кожухов головок блока оно стекает в картер: спереди — по валикам привода, сзади — по специальным трубкам. Из картера масло удаляется откачивающими секциями масляного насоса.
bd ю
УкаюииЖ
Условные обозначения: гав Подвод смазки
Отвод смазки
Спуск масла с головок блоков\в картер
Подвод к манометру для контроля давления масла в последнем коренном подшипнике
Откачивающие секции Нагнетающая секция 0<з^=< Редукционный клапан
Рис. 235. Схема подвода смазки к деталям двигателя
Чтобы не допустить нагнетания лишнего масла в двигатель и ограничить давление в системе, между нагнетающим насосом и фильтром ставят редукционный клапан (см. рис. 233, слева внизу, и рис. 234). Манометр, установленный на щитке контрольных приборов (см. рис. 233» справа внизу), показывает давление в системе. Резкое падение давления
служит предупреждением механику-водителю о прекращении подачи масла по каким-либо причинам, например из-за разрыва маслопроводов. Значительное повышение давления сверх допустимого свидетельствует о том, что редукционный клапан не работает. В обоих случаях двига-
тель надо немедленно остановить.
Откачивающий насос забирает масло, стекающее с деталей в кар-
тер двигателя, и гонит его обратно в бак. Производительность откачивающего насоса всегда больше, чем нагнетающего, так как он гонит нагретое и вспененное масло, занимающее больший объем.
МАСЛЯНЫЙ ФИЛЬТР
По пути от насоса в двигатель масло очищается в фильтре, благодаря чему унесенные маслом металлические частицы не могут снова попасть к деталям двигателя. По устройству масляные фильтры подобны топливным фильтрам, рассмотренным выше. Для обеспечения работы системы при полном засорении фильтра ставится перепускной клапан. Через засоренный фильтр масло не может пройти. В этом случае клапан пропускает неочищенное масло к двигателю: лучше работать на неочищенном масле, чем вовсе без смазки.
Фильтр может быть установлен также
и на пути масла, возвращающегося из двигателя в бак; в этом случае масло проходит двойную очистку.
МАСЛЯНЫЙ РАДИАТОР
По пути к баку масло проходит через радиатор, где оно охлаждается воздухом или водой. Радиаторы чаще всего делают трубчатыми (рис. 236). Если масло загустевает (зимой) и насос не может протолкнуть его через радиатор, то под давлением масла открывается перепускной клапан радиатора и масло проходит прямо в бак, минуя радиатор.
Температура масла, измеряемая термометром, как правило, не должна превышать ПО—115° и опускаться ниже 70—75°. Если масло перегрето, оно не создает устойчивой пленки; холодное и густое масло не проходит в достаточном количестве к
Панет трубок
Рис. 236. Устройство трубчатого масляного радиатора
трущимся поверхностям. Особо внимательно надо следить за показа-ниями термометра на двигателях воздушного охлаждения; там масляный термометр — единственный показатель теплового состояния двигателя.
Если на танке установлен двигатель водяного охлаждения, следует сравнивать показания приборов систем охлаждения и смазки. Одновременное повышение температуры масла и воды выше нормальной указывает, что двигатель перегревается. Повышение температуры масла и падение давления свидетельствуют о недостатке масла в системе или о неисправноеги ее.
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
Значительная часть тепла, которое выделяется при сгорании, идет на нагрев деталей двигателя. Если не отводить это тепло, т. е. не охлаждать двигатель, температура его деталей будет недопустимо высокой. Масло, смазывающее подшипники коленчатого вала, сделается очень жидким и не будет обеспечивать устойчивой масляной пленки. Работая без смазки, подшипники выплавятся. Без смазки будут работать и поршни. Головки цилиндров нагреются настолько, что рабочая смесь будет воспламеняться преждевременно. Перегрев цилиндров карбюраторного двигателя вызовет детонацию. Таким образом, неохлаждаемый двигатель быстро выйдет из строя.
Конечно, двигатель частично охлаждается и сам по себе, поскольку окружающий воздух намного холоднее его. Но этого недостаточно; двигатель нужно охлаждать принудительно. Для этого танк оборудуется специальными агрегатами, механизмами и устройствами, составляющими систему охлаждения двигателя (рис. 237).
Охлаждение двигателя бывает жидкостное, обычно называемое водяным, так как основной охлаждающей жидкостью служит вода \ или воздушное.
ЖИДКОСТНОЕ (ВОДЯНОЕ) ОХЛАЖДЕНИЕ
В систему водяного охлаждения входят радиаторы, водяной насос, водяные рубашки цилиндров и вентилятор (рис. 237, справа).
Радиатор состоит из двух бачков, так называемых коллекторов, — верхнего и нижнего. Коллекторы соединены между собой рядом трубок (рис. 238). Из нижнего коллектора вода проходит к водяному насосу, который приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. Насос подает воду в зарубашечное пространство блоков двигателя. Нагретая вода возвращается в верхний коллектор радиатора и, проходя по трубкам вниз, охлаждается воздухом, который прогоняется вентилятором между трубками радиатора.
Вода может циркулировать в системе и без насоса. Холодная вода, поступая в нижнюю часть двигателя, нагреется, станет легче и поднимется вверх; из водяной рубашки она перейдет в верхний коллектор радиатора, охлаждаясь, станет тяжелее и опустится вниз. Такое охлаждение называется термосифонным. В этом случае вода циркулирует недостаточно быстро и емкость системы получается значительной; поэтому на танках термосифонное охлаждение не применяется.
Чтобы вода лучше охлаждалась, трубки радиатора делают тонкими и изготовляют их из материала, хорошо проводящего тепло, например из латуни. Для увеличения поверхности, обдуваемой холодным воздухом, трубки снабжают ребрами (см. рис. 238).
1 Для предотвращения замерзания при неработающем двигателе в условиях низких температур вода в системе охлаждения зимой может быть заменена жидкостями с низкой температурой замерзания («незамерзающими») —этиленгликолем и др.
кэ
ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
ЖИДКОСТНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
Входные жалюзи
Выходные жалюзи
вентилятор
Паро-воздушный
J. а клапан
Выходные жалюзи
входные жалюзи
Водяной насос
Сливной Иран
©
£2
/
^Радиатор
Нижний коллектор вентилятор
Контрольные приборы
©
Температура масла Температура воды
Рис» 237. Схемы жидкостной и воздушной систем охлаждения двигателей
Существуют так называемые пластинчатые радиаторы, изготовляв-мые из гофрированных пластин, и сотовые радиаторы (рис. 239). Вода в
них проходит между пластинами, которые обдуваются воздухом, или между трубками, по которым проходит воздух.
Хотя охлаждение и называется водяным, главную роль в нем все же играет воздух. Если поток воздуха, проходящий через радиатор, будет недостаточен или прекратится, вода, а с ней и двигатель начнут быстро перегреваться.
Охлаждать двигатель в танке трудно. Воздух приходится пропускать по сравнительно узким извилистым каналам. Места входа и вы-
хода воздуха прикрыты броневыми колпаками и дополнительно защищены броневыми планками — жалюзи. Чтобы улучшить охлаждение, т. е. пропустить через жалюзи больше воздуха, когда позволяет обстановка (например, на марше), жалюзи иногда делают регулируемыми: по мере надобности механик-водитель может открывать жалюзи больше или меньше.
Вентиляторы на танках бывают двух типов — осевые (рис. 240), которые создают поток воздуха вдоль оси, и центробежные, в которых воздух отбрасывается центробежной силой по лопаткам вентилятора (рис. 241). Тот или иной тип вентилятора применяют в зависимости от взаимного расположения вентилятора п радиаторов.
Разрез Б Б
Рис. 238. Устройство трубчатого водяного радиатора
Секция пластинчатого радиатора
Секция сотового радиатора
Рис. 239- Устройство охлаждающих элементов водяных радиаторов
Лопатки
Рис. 241. Центробежный вентилятор
Рис. 240. Осевой вентилятор
Вентилятор можно установить непосредственно на маховике двигателя и жестко прикрепить к нему. Если это невозможно по условиям размещения системы охлаждения, к вентилятору делается специальный, иногда довольно сложный привод (рис. 242). В этом случае в привод
Коническая передача вентилятора
Ионическая шестерня распределительного вала
Кронштейн вентилятора
Днище танка
Фрикцион вентилятора
1 Люк в днище танка
/ Вентилятор
ши
Пружина вентилятора
Кожух вентилятора (улитка)
Рис. 242. Привод к вентилятору системы охлаждения
обычно приходится вводить предохранительное фрикционное устройство, так как из-за большой инерции вентилятора детали его привода при резком изменении числа оборотов коленчатого вала могут поломаться. Пробуксовка фрикциона устраняет эту опасность.
Чтобы поток воздуха был достаточно сильным, вентилятор должен обладать большой мощностью. Иногда на вентилятор расходуется до 10% мощности двигателя.
Мощность, необходимая для вращения вентилятора, в значительной степени зависит от того, как он установлен по отношению к радиатору. Лучше всего, когда воздух под давлением, создаваемым вентилятором, поступает непосредственно в радиатор и не может выйти наружу, помимо радиатора. Для этого вентилятор заключают в кожух так, чтобы поток воздуха был направлен на радиатор, или придают радиатору такую форму, что он сам охватывает вентилятор.
КОЛИЧЕСТВО ВОДЫ В СИСТЕМЕ
На охлаждение двигателя влияет количество воды в системе. Вода отбирает тепло от стенок двигателя и передает его окружающему воздуху через радиатор. Если заставить воду циркулировать достаточно быстро, то, чтобы отобрать много тепла, можно обойтись небольшим количеством ее. Однако надежнее работает та система охлаждения, в которой воды больше. Допустим, что из двух систем охлаждения (одной емкостью 100 л, а другой — 20 л) вытекло или испарилось по 5 л воды. В первом случае это не отразится на системе охлаждения, во втором — может произойти авария, так как после остановки двигателя вода, не перегоняемая насосом, уйдет из рубашек головок цилиндров, в то время как двигатель не успеет еще остыть; головки оголятся, что может привести к появлению трещин, выпадению седел клапанов и т. д.
Если в системе охлаждения мало воды, то даже кратковременная работа двигателя на повышенной мощности дает резкое увеличение температуры и может вызвать кипение воды. Большее количество воды будет нагреваться медленнее; пока вся вода успеет прогреться до температуры кипения, от двигателя уже потребуется меньшая мощность, и вода начнет остывать.
Количество воды в системах охлаждения танковых двигателей может достигать 20—25 л на каждые 100 л. с. мощности двигателя.
ЗАКРЫТАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
Потеря воды нарушает нормальную работу системы охлаждения. Причиной потери может в первую очередь служить испарение, причем вода испаряется с поверхности даже при низкой температуре. Чем больше поверхность испарения и выше температура воды, тем сильнее испарение. При температуре, близкой к точке кипения (обычная температура воды в радиаторах 80—90° Ц), за час испаряется примерно 1 см3 воды с каждого квадратного сантиметра ее поверхности.
Поверхность испарения в радиаторах достигает иногда 2000— 3000 см2. В этом случае, даже если не наступило кипение, за час испарится 2—3 л воды.
С началом кипения температура воды перестает повышаться. Поэтому тепло, получаемое водой, идет на превращение ее в пар, и потеря воды значительно увеличивается.
Чтобы сохранить воду, систему охлаждения делают закрытой, т. е. разобщают ее от атмосферы. Этим одновременно достигается повышение точки кипения воды. Вода закипает при 100° Ц лишь при нормальном атмосферном давлении 1 кг/см2 (рис. 243). Если давление выше, точка кипения повышается, если меньше — понижается. В горах, где воздух разрежен, вода закипает при температуре ниже 100° Ц.
В закрытой системе пар не имеет выхода. Он оказывает давление на поверхность воды, поэтому точка кипения повышается. Чтобы ограничить давление, в систему вводят паровой клапан; когда давление достигнет 1,6—1,8 ат, т. е. на 0,6—0,8 ат превысит нормальное, клапан откроется и выпустит излишек пара наружу. Кривая (см. рис. 243) показывает, что, если давление достигнет 1,8 ат (обычная регулировка клапана), вода закипит при 118°Ц. Это значит, что можно повысить температуру воды почти на 20° по сравнению с открытой системой, не
Рис. 243. Зависимость температуры кипения воды от давления
опасаясь, что вода закипит. Между тем радиатор охлаждает воду всего на 10—15°.
Повышение температуры в системе выгодно потому, что более горячая вода отбирает меньше тепла у стенок цилиндра. В связи с этим увеличивается часть тепла, превращаемая в полезную работу.
При закрытой системе, кроме парового клапана, необходим воздушный клапан. Когда двигатель после остановки остынет, пар вновь превратится в воду. При остывании двигателя внутри системы давление становится ниже атмосферного, вследствие чего давление наружного воздуха может повредить детали радиатора, изготовляемые из тонких листов металла. Воздушный клапан не дает давлению в системе упасть значительно ниже атмосферного. Паровой и воздушный клапаны обычно объединены в одном устройстве, которое называется паровоздушным клапаном (см. рис. 237).
ВОЗДУШНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ
Основной агрегат системы воздушного охлаждения (см. рис. 237, слева) — вентилятор. Воздух забирает тепло непосредственно у цилиндров, имеющих ребра для лучшего отвода тепла. Воздушное охлаждение упрощает обслуживание двигателя, что особенно важно для танков. Однако воздушное охлаждение применялось на танках сравнительно редко из-за недостаточной надежности. Дело в том, что обдув воздухом ряда деталей бывает трудно осуществить. Нелегко также добиться того, чтобы воздух равномерно обдувал цилиндры. Поэтому двигатель с воздушным охлаждением бывает склонен к перегреву.
СИСТЕМА ЗАПУСКА
Танковый двигатель должен запускаться безотказно и быстро в любой обстановке, иначе танк не может считаться вполне боеспособным.
Чтобы запустить двигатель, надо вращать его коленчатый вал с достаточной скоростью (пусковые обороты), преодолевая весьма значительное сопротивление. В конце хода сжатия на поршень танкового дизеля мощностью 500 л. с, действует сила около 6 т. Кроме того,
застывшее в подшипниках масло оказывает значительное сопротивление проворачиванию коленчатого вала двигателя; поэтому ручной запуск, возможный для автомобильных и тракторных двигателей небольшой мощности, для танкового двигателя неприменим; он заменен механическим. Под механическим мы будем (несколько условно) понимать такой запуск, при котором используется тот или иной источник энергии, заменяющий мускульную энергию механика-водителя, используемую при ручном запуске.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СТАРТЕР
Основным средством механического запуска двигателя на современных танках служит электрический стартер — электромотор, питаемый током от аккумуляторных батарей (подробно об электрическом стартере сказано в главе V). Применение электрического стартера на танках вызывает необходимость иметь сложную и громоздкую систему электрооборудования. Правда, и помимо стартера имеется большое число приборов, потребляющих электрическую энергию,, однако основным потребителем ее является стартер. Мощность, потребляемая стартером, составляет примерно 1 л. с. на 100 л. с. мощности бензинового двигателя (1%) и до 3 л. с. на 100 л. с. мощности дизеля (3%). На средних и тяжелых танках ставятся стартёры мощностью 12—15 л. с. Такую мощность стартер развивает при провертывании коленчатого вала двигателя; в начальный же момент запуска дизеля мощность, потребляемая стартером, доходит до 10 л. с. на 100 л. с. мощности (10%).
ВОЗДУХОПУСК
В качестве резервного средства механического запуска на танках часто применяют воздух, сжатый в баллонах до высокого давления (около 150 ат). Воздух из баллона поступает в воздухораспределитель,
Рис. 244. Запуск двигателя сжатым воздухом
который направляет его по цилиндрам двигателя в порядке их работы (рис. 244). Попадая в цилиндр, воздух толкает поршень вниз, и коленчатый вал проворачивается.
Емкость воздушного баллона невелика. Поэтому, если на танке нет специального устройства (компрессора) для зарядки баллона, воздушный запуск надо считать аварийным средством, пользоваться которым можно лишь в исключительных случаях.
ЭЛЕКТРОИНЕРЦИОННЫЙ СТАРТЕР
Наиболее простым способом запуска двигателя является запуск вручную; однако запустить двигатель, проворачивая коленчатый вал непосредственно от руки, можно только на легких танках. Чтобы запустить двигатель мощностью 500 л. с., требуется мощность до 15 л. с., а в начальный момент запуска — и выше. Человек, действуя обеими руками рывком, может развить мощность до 0,2 л. с., а на короткое время, до 1 минуты,— до 0,5 л. с. Следовательно, прокрутить коленчатый вал мощного двигателя с нужной скоростью от руки невозможно.
Однако если накопить энергию за длительное время (1—2 минуты),, а потом использовать ее за несколько секунд, можно развить достаточную мощность, чтобы прокрутить коленчатый вал с необходимой скоростью. Для этой цели служит специальный стартер, называемый элек-троинерционным (рис. 245 и 246).
Маховик
Цепная передача ручного привода
Рычаг включения храповика
Пружина выключения храповика
Муфта свободного хода
Передаточные шестерни
Предохранительная фрикционная муфта
Рис. 245. Схема электроинерционного стартера
Храповик стартера
Магнитный включатель
храповика
Рис. 246. Устройство электроинерционного стартера
Л4аховик — основная часть стартера. Маховик раскручивают рукояткой через передаточные шестерни; при 60—80 оборотах рукоятки в минуту число оборотов маховика достигает 12 000—15 000 в минуту. При таких оборотах сравнительно небольшой маховик будет обладать значительным запасом энергии. Если при помощи рычага через фрикционную муфту и те же передаточные шестерни соединить маховик с коленчатым валом двигателя, маховик отдаст свою энергию коленчатому валу и провернет его несколько раз. Двигатель запустится.
Иногда к инерционному стартеру присоединяют электрический привод, как это показано на рис. 245 и 246. Для этого вал маховика соединяют с небольшим электромотором, мощность которого в 10—12 раз меньше мощности обычного электрического стартера. Маховик в этом случае можно раскручивать как вручную, так и электромотором.
Чтобы при вращении от руки якорь электромотора не проворачивался, между якорем и маховиком ставят специальный механизм — муфту свободного хода, наподобие втулки свободного хода велосипеда.
ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ ЗИМОЙ
Зимой при низких температурах запуск двигателя особенно затруднен — чтобы провернуть коленчатый вал, нужен очень большой крутящий момент. В таких случаях провернуть коленчатый вал не под силу стартеру; попытка сделать это приведет лишь к разрядке аккумуляторов.
На холоде труднее получить и вспышку в цилиндрах: бензин при низкой температуре плохо испаряется, воздух в дизеле недостаточно нагревается. Чем ниже температура окружающего воздуха, тем труднее запустить двигатель.
Для запуска двигателя необходимо выполнить два условия: дать коленчатому валу достаточные обороты (обеспечить так называемые пусковые обороты) и обеспечить нормальные условия для испарения горючего или для его воспламенения (в дизелях).
Опыт показывает, что пусковые обороты для дизелей составляют примерно 80—100 об/мин. Для карбюраторных двигателей они несколько ниже.
При низкой температуре смазка густеет, поэтому электрический стартер не может развить нужные для запуска обороты, в особенности в первый момент запуска, или вообще не может повернуть коленчатый вал; поэтому, во избежание непроизводительной разрядки батареи, перед запуском коленчатый вал следует провернуть вручную.
Запуск холодного двигателя можно облегчить, если двигатель предварительно подогреть. Только после этого следует прибегать к электрическому стартеру. Если этого сделать не удается, то необходимо двигатель прогреть, что достигается заправкой двигателя горячей водой и горячим маслом.
Во время длительных стоянок двигатель обогревают при помощи печек. Для этого пользуются либо обычными железными печками, устанавливаемыми так, чтобы обогревать весь танк, либо специальными обогревателями.
Ни в коем случае не следует допускать прогрева двигателя периодическим его запуском. Во-первых, это приводит к большой затрате горючего, так как запуск приходится производить сравнительно часто. Во-вторых, при частых запусках двигатель быстро изнашивается. При запуске на трущихся поверхностях поршней и цилиндров, а также на шейках коленчатого вала почти нет масла, поэтому первые обороты коленчатый вал делает в сущности без смазки. Это приводит к быстрому истиранию деталей. Кроме того, при частом запуске и прогреве холодного дизиля на его деталях (поршни, стенки камеры сгорания, клапаны) отлагается значительное количество смолистых веществ, которые могут привести к зависанию клапанов в направляющих втулках, прихватыванию поршневых колец в канавках, а также возможны случаи заклинивания осмоленных поршней в гильзах цилиндров. Двигатель становится непригодным к дальнейшей эксплуатации.
СПЕЦИАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ЗАПУСКА
Если двигатель, заправленный горячим маслом и водой, быстро не запустится, вода и масло остынут. В лучшем случае потребуется повторная заправка, в худшем — может замерзнуть вода. Чтобы вода и масло не остывали, применяют пусковые подогреватели.
Так, например, на некоторых танках применялся подогреватель, состоящий из бачка, внутри которого проходит жаровая труба. В бачок заливают горячую воду, которую доводят до кипения специальной
лампой подогрева. Пар проходит в рубашку цилиндров, обогревая их, а горячие газы от лампы проходят через специальную трубу в картере двигателя для нагрева масла.
Подогревателем другого типа пользовались для прогрева двигателя воздушного охлаждения. Такой подогреватель состоит из небольшого бензинового двигателя, электрического генератора, вентилятора и калильной спирали. Двигатель вращает генератор и вентилятор; последний гонит воздух мимо спирали, нагреваемой током генератора. Горячий воздух обогревает цилиндры двигателя.
Чтобы облегчить запуск, использовалась также легко испаряющаяся жидкость — эфир. Ампулу с эфиром разбивают в специальном пистолете. Смешиваясь с воздухом в особом эфирном карбюраторе, эфир поступает в цилиндры и там воспламеняется. Этот способ позволяет запускать двигатель даже при очень низких температурах.
Для облегчения воспламенения горючей смеси при запуске в головках цилиндров дизеля иногда устанавливают калильные свечи. Спираль такой свечи накаляется током от аккумуляторной батареи.
ПРОГРЕВ ДВИГАТЕЛЯ ПОСЛЕ ЗАПУСКА
Первые минуты после запуска двигатель работает в наиболее тяжелых условиях. Поршни в цилиндрах и подшипники коленчатого вала остаются почти без масла, так как старая смазка вытекла, а свежее масло, не успев прогреться, не поступает еще к трущимся поверхностям в достаточном количестве. Пока двигатель работает на холостом ходу с небольшими оборотами, это не вызывает опасных последствий. Но если увеличить обороты двигателя или попытаться тронуть танк с места, не прогрев двигатель, возможна авария — выплавятся подшипники. Непро-гретый двигатель под нагрузкой работает неустойчиво и легко может заглохнуть; поэтому перед тем, как трогаться с места, обязательно нужно прогревать двигатель.
Чтобы ускорить прогрев двигателя, в системе охлаждения некоторых машин применяют автоматический клапан-термостат. Пока двигатель не прогрет, термостат частично или полностью перекрывает путь, по которому вода в системе охлаждения проходит через радиатор, и одновременно открывает путь для циркуляции воды только внутри двигателя.
Для обеспечения подачи смазки к подшипникам перед запуском двигателя иногда в систему смазки вводят ручной маслоподкачивающий насос.
ГЛАВА ПЯТАЯ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТАНКА
Электричество в танке играет большую роль: при помощи электричества воспламеняется рабочая смесь в карбюраторном двигателе, запускается двигатель, вращается башня с установленным в ней вооружением. Электричество используется для работы радиоустановки и приборов освещения танка. Некоторые танки имели электрическую трансмиссию, заменявшую обычную коробку передач и механизмы поворота.
В настоящей главе рассматриваются только электрические машины и приборы электрооборудования, характерные для большинства танков. Здесь не освещаются такие специальные вопросы, как, например, работа электрической трансмиссии, описание которой дается в главах VIII и IX.
Прежде чем изучить отдельные машины и приборы электрооборудования, остановимся на их размещении в танке (рис. 247).
Все машины и приборы электрооборудования можно разделить на две группы: источники электрической энергии и потребители ее. Источники электрической энергии в танке — это генератор (динамомашина) и аккумуляторные батареи. Главные потребители — стартер, электромотор (электродвигатель) поворота башни, радиостанция, приборы внутреннего и наружного освещения и сигнализации.
Источники электрической энергии соединены между собой и с потребителями проводами. Обычно на танках применяют однопроводную систему, при которой вторым проводом для электрического тока служат все металлические части танка — масса. Применение однопроводной системы дает большую экономию в проводах и упрощает общую схему
GO
00
Сигнал
нопна стартера
ВКУ
Аккумуляторные батареи
Пусковое реле
Вентилятор боевого отделен
Выключатель
батарей
иток водителя
иток оашни
Рис. 247. Размещение приборов электрооборудования в танке
Электромотор поворота башни
Рукоятка управления электромотором
Коробка предохранителей
Аварийный
щиток
Переносная лампа
Главные предохранител
Стартер
Задний фонарь
электрооборудования. Часть приборов, входящих в группу так называемого аварийного освещения, присоединяют к источникам по двухпроводной системе. Это дает возможность пользоваться ими даже тогда, когда остальное электрооборудование выключено (отсоединено от массы) специальным общим выключателем.
Для включения и выключения длительно работающих потребителей, например лампочек, служат выключатели. Кратковременно работающие потребители — звуковой сигнал, стартер — включаются кнопками. Для предохранения источников тока от повреждений и предупреждения пожара при неисправностях в электрических цепях служат предохранители.
Работу электрооборудования контролируют при помощи приборов, установленных на щитках водителя.
На схеме рис. 247 не изображены приборы системы зажигания двигателя, а также приборы внешней и внутренней связи. Описание этих приборов дается отдельно.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
АТОМЫ
Все вещества, встречающиеся в природе, состоят из мельчайших частиц— атомов различных химических элементов. В настоящее время известно около 100 элементов.
Атомы считались долгое время неделимыми (само название «атом» означает по-гречески «неделимый»). На самом деле атомы представляют собой весьма сложные системы, состоящие из различных по своей природе частиц. В упрощенном виде атом состоит из ядра, в котором сосредоточено почти все вещество атома, и электронов, движущихся по орбитам на различных расстояниях от ядра. Ядро, в свою очередь, состоит из частиц с положительным электрическим зарядом — протонов — и незаряженных частиц — нейтронов. Электроны представляют собой мельчайшие частицы с отрицательным электрическим зарядом.
Число протонов и электронов в атоме одинаково. Оно равно порядковому номеру элемента в периодической системе элементов, открытой великим русским ученым Д. И. Менделеевым. Заряды протона и электрона также равны; поэтому атом с одинаковым числом положительных и отрицательных зарядов не обнаруживает электрических свойств; он в электрическом отношении нейтрален.
Частицы с одноименными зарядами отталкиваются друг от друга, а с разноименными — притягиваются. Внутри атома эти силы электрического взаимодействия определяют положение электронов, стремящихся вследствие своего движения оторваться от ядер \ Величина сил взаимодействия уменьшается с увеличением расстояния между зарядами, поэтому электроны, находящиеся на внешних орбитах, могут сравнительно легко терять связь с ядром. Тогда атом становится положительно заряженным, поскольку протонов в нем оказывается больше, чем электронов, и называется положительным ионом.
Особенно легко отрываются электроны от атомов металлов. Положительные ионы металлов располагаются друг относительно друга в строго определенном порядке, образуя так называемую пространственную кристаллическую решетку (см. ниже, главу VI). В пространстве
1 Вопрос о силах, прочно удерживающих в ядре протоны, которые заряжены положительно и отталкиваются один от другого, мы здесь рассмотреть не можем. Заметим лишь, что в ядре действуют связи особого типа, называемые ядерными.
между положительными ионами находятся оторвавшиеся от своих атомов «свободные» электроны. Они беспорядочно движутся между ионами, подобно частицам газа, почему иногда условно говорят об «электронном газе». Здесь уже нельзя различить электроны, принадлежащие тому или иному атому; все они являются «общими» для атомов данной массы металла.
Металлы и некоторые другие вещества, имеющие большое число свободных электронов, называются проводниками (ниже будет сказано о другом типе проводников — растворах). Вещества, у которых свободных электронов почти нет, называются изоляторами.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Если присоединить к зажимам источника электрической энергии проводник, по нему потечет электрический ток; беспорядочное движение электронов проводника заменится упорядоченным, т. е. электроны будут перемещаться в одном направлении.
Иначе говоря, электрический ток в металлическом проводнике представляет собой непрерывное движение мельчайших частиц — электро-
Рис. 248. Движение электрического тока по проводнику подобно движению газа в соединенных баллонах
нов — в одном определенном направлении.
Для лучшего представления об электрическом токе воспользуемся сравнением (аналогией) движения электронов по проводнику и движением газа по трубе. Данная аналогия, как и всякая, не является вполне точной, но она облегчает понимание сложного явления электрического тока.
Представим себе два баллона, заполненных воздухом и соединенных между собой трубкой (рис. 248,А). В обоих баллонах имеется некоторое давление. Его создают движущиеся в баллонах и трубке молекулы газов, из которых состоит воздух. Движение молекул беспорядочно, хаотично; при движении молекулы сталкиваются между собой и вновь расходятся. Давление в обоих баллонах одинаково, и потока воздуха в трубке нет.
Разобщим баллоны, закрыв кран. Если будем накачивать воздух в один из этих баллонов (рис. 248, Б), число молекул в нем увеличится и давление газа возрастет.
Если теперь открыть кран, поток воздуха устремится из баллона с высоким давлением в баллон с низким давлением (рис. 248, В). Движение молекул в трубке упорядочится — все молекулы начнут двигаться в одном направлении. Это будет продолжаться до тех пор, пока давле
ние в баллонах вновь не уравняется. Тогда поток воздуха в трубке прекратится.
Чтобы поддерживать постоянное движение воздуха по трубке, необходимо непрерывно подкачивать его в один из баллонов, а из другого выпускать. Воздух можно забирать из атмосферы. Тогда по трубке будут проходить все новые и новые молекулы. Но можно накачивать воздух в один баллон, забирая его из другого. В этом случае во втором баллоне создается разрежение. Воздух будет перетекать замкнутым потоком: одни и те же молекулы будут непрерывно переходить из одного баллона в другой.
Для поддержания потока воздуха служит насос (рис. 248, Г).
Затрачиваемая при вращении насоса энергия (механическая работа) увеличивает запас энергии, которым обладают частицы воздуха. Если кран закрыть, увеличение запаса энергии выразится в непрерывном возрастании давления в баллоне. При открытом кране эта энергия поддерживает движение воздуха в трубках и баллонах. Поэтому назовем условно запас энергии, сообщаемой насосом единице объема воздуха (чем больше объем, тем больше работа, необходимая для увеличения запаса энергии), движущей силой. Она будет выражаться в тех же единицах, что и давление, например в кг/см2 (атмосферах).
Движущая сила всегда больше разности давлений перед насосом и за ним. Это объясняется тем, что воздух, проходя через насос, преодолевает некоторое сопротивление в самом насосе — трение о лопатки и стенки насоса, удар струи воздуха о лопатки и т. д. На это и затрачивается часть движущей силы.
Пусть, например, движущая сила, создаваемая насосом, составляет 4 ат, а на внутренние сопротивления затрачивается 1 ат. Тогда разность давлений за и перед насосом составит 3 ат.
Если сопротивление в насосе невелико, разность давлений можно считать равной движущей силе.
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА И НАПРЯЖЕНИЕ
Обратимся теперь к электрическому току. Источник электрической энергии, заменяющий насос в нашей схеме, должен создать упорядоченное движение электронов по проводнику (рис. 249). Для этого необходимо затратить какую-либо энергию, например механическую работу, чтобы перенести электроны по замкнутой электрической цепи.
Энергия, сообщаемая источником единице количества электричества, необходимая для переноса его по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой (сокращенно э. д. с.).
Э. д. с., подобно движущей силе насоса, во-первых, обеспечивает преодоление внутреннего сопротивления в источнике при переносе электронов внутри источника, а во-вторых, создает на зажимах некоторую
беспорядочное движение электронов
Дтомы проводника^ ^Свободные электроны
Упорядоченное движение электронов
э о
-оГ о tr < ^оТ?
Рис. 249. Движение электронов по проводнику
Рис. 250. Направление электрического тока противоположно направлению движения электронов
одоление внутреннего сопротивления источника напряжения») необходим 1 в. Тогда напряжение будет 12 в.
разность электрических «давлений», заставляющую электроны двигаться по проводнику. Эта разность «давлений» в электротехнике называется напряжением.
Электродвижущая сила всегда больше напряжения. Если внутреннее сопротивление источника невелико, их можно считать равными.
Как э. д. с., так и напряжение измеряются в вольтах (сокращенно в).
Допустим, что э. д. с. источника равна 13 в, а на пре-(«внутреннее падение на зажимах источника
Зажим источника тока, на котором имеется избыток электронов, называется отрицательным и обозначается знаком минус (—); зажим с недостатком электронов называется положительным и обозначается знаком плюс (+).
Направление электрического тока условно принято считать противоположным направлению движения электронов (рис. 250). Это объясняется тем, что до того, как были открыты электроны, условились считать направление движения тока по проводам от плюса к минусу. Таким образом, считают, что ток направлен от положительного к отрицательному зажиму источника — от плюса к минусу, хотя электроны движутся от минуса к плюсу. Внутри же источника ток направлен от минуса к плюсу.
Движущиеся по замкнутой цепи электроны образуют непрерывный поток. Если цепь разорвать, ток прекратится.
Вернемся к примеру с баллонами. Заметим, что скорость потока воздуха в трубке зависит не от давления, а от разности давлений. Если давление за насосом равно 5 ат, а перед насосом 3 ат, то скорость потока будет такой же, как и в том случае, когда давление за насосом равно 8 а.т, а перед насосом 6 ат.
В трубке, соединяющей баллоны, молекулы движутся тем быстрее, чем больше разность давлений. Подобно этому электроны по проводнику движутся тем быстрее, чем больше напряжение. Однако скорость электрического тока и скорость электронов не одно и то же. Как только мы включим источник, т. е. приложим напряжение, по проводнику почти мгновенно, со скоростью около 300 000 км в секунду, станет проходить ток. Электроны же, придя в движение, будут двигаться со значительно меньшей скоростью.
СИЛА ТОКА
Насос
( источник)
Насос
Рис. 251. Чем большее количество воздуха проходит через турбинку, тем большую работу она может совершить
Уберем в нашей схеме баллоны, а в соединяющую их трубку включим турбинку, вал которой соединен с валом какой-нибудь машины (рис. 251). Если насос гонит воздух к турбинке, она вращается, передавая вращение валу машины. Совершается полезная работа, источником которой служит насос, а потребителем — турбинка (точнее, связанная с ней рабочая машина).
Если в обеих схемах, показанных на рисунке, давление в трубке одинаково, допустим 15 ат, то большую работу мы получим там, где по трубке в единицу времени — в секунду, минуту или час — проходит больше воздуха, т. е. там, где сильнее его поток (см. рис. 251, справа).
Итак, чтобы полностью оценить действие потока воздуха в наших схемах, нужно, кроме давления в трубках, учесть силу потока. Точно так же, чтобы оценить полностью действие электрического тока» мы должны учитывать не только напряжение, но и силу тока.
Силой тока называют количество электричества, проходящего по проводнику в единицу времени.
Количество электричества определяется числом электронов. Однако в практике приходится встречаться с токами такой силы, выражать которую в количестве электронов было бы неудобно; поэтому за единицу количества электричества принимают величину, во много раз большую,— кулон.
Если за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит один кулон электричества, сила тока равна одному амперу (сокращенно а),
СОПРОТИВЛЕНИЕ
Двигаясь по проводнику, электроны прокладывают себе путь между атомами или молекулами вещества, теряя на это часть энергии, которой они обладают; как говорят, ток преодолевает сопротивление проводника. Разные вещества в зависимости от того, как расположены их атомы, по-разному проводят электрический ток. Наименьшим сопротивлением обладают серебро и медь. Алюминий проводит ток несколько хуже; его сопротивление в Р/2 с лишним раза больше сопротивления меди. Сопротивление железа в 7 раз больше, чем меди, свинца — в 12 раз, константана, никелина (специальных сплавов меди с никелем, обладающих большим сопротивлением) — в 25—30 раз, угля — в 600 раз больше сопротивления меди.
Кроме того, сопротивление проводника зависит от его длины и толщины, точнее от длины и площади поперечного сечения. Чем короче и толще проводник, тем меньше его сопротивление.
Наконец, сопротивление зависит от температуры проводника. Чем сильнее нагрет проводник, тем большее сопротивление испытывает проходящий по нему ток.
За единицу сопротивления принят ом. Сопротивлением в 1 ом обладает ртутный столбик длиной 106,3 см с поперечным сечением 1 мм? при температуре 0° Ц.
Выше говорилось, что напряжение измеряется в вольтах. Теперь мы можем определить, что такое вольт.
Напряжение в 1 в — это такое напряжение, которое в проводнике с сопротивлением 1 ом создает ток силой 1 а.
ЗАКОН ОМА
Между указанными величинами — напряжением, сопротивлением и силой тока — существует зависимость, выражаемая законом Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника, или
где / — сила тока в амперах;
U—напряжение в вольтах;
/?—сопротивление в омах.
Из этой формулы следует, что, во сколько раз увеличится сопротивление, во столько же раз уменьшится сила тока (при неизменном напряжении).
Если известны какие-либо две из трех величин, связанных законом Ома, мы всегда можем определить третью величину.
Закон Ома позволяет также установить связь между величиной электродвижущей силы, напряжением и силой тока. Как мы уже говорили, электродвижущая сила больше напряжения на величину потери напряжения внутри источника. По закону Ома потеря напряжения внутри источника 67вн равна произведению силы тока I на внутреннее сопротивление источника гвн.
U = 1г
Обозначив электродвижущую силу источника через Е, а напряжение на его зажимах через (7, можно написать:
E=U+UBn = U + IrBH
Отсюда следует, что
U = E — /гвн,
т. е. чем больше сила тока, тем больше потеря напряжения внутри источника (/гвн) и тем меньше напряжение U на зажимах.
Так, если электродвижущая сила источника Е — 24 в, его внутреннее сопротивление гвн = 0,01 ом и сила тока / = 1 а, напряжение на зажимах составит
24— 1 -0,01 = 23,99 в.
При. силе тока / = 500 а напряжение // = 24 — 500-0,01 = 19 в. Следовательно, 5 в будет потеряно внутри источника.
ГЕНЕРАТОР
Генератор представляет собой электрическую машину, преобразующую механическую энергию в электрическую.
Для получения электрической энергии в генераторе используется явление электромагнитной индукции.
МАГНЕТИЗМ
Уже много столетий назад было известно, что некоторые сорта же-
лезных руд обладают свойством притягивать к себе железные и стальные предметы; при этом притянутые предметы сами приобретают свой-
ство притяжения. Было известно также, что если брусок, сделанный из такой руды, подвесить за середину, он поворачивается одним концом к северу, а другим к югу; это свойство было использовано для создания компаса. Конец бруска, обращающийся к северу, получил название северного
полюса, а противоположный конец — южного (рис. 252).
Два таких бруска,
поднесенных один к другому одинаковыми полюсами, отталкиваются, а поднесенные
Рис. 252. Основные свойства магнита
разными полюсами —
притягиваются. Если разломать брусок на несколько частей, то каждая часть будет иметь два полюса и обладать теми же свойствами притяже-
ния и отталкивания, что и остальные.
Это явление получило название магнетизма, а предметы, обладающие такими свойствами, называются магнитами.
Магнит действует на расстоянии, при этом преграда из любого материала, кроме железа, не препятствует действию магнита. Так, если положить кусок железа на стек-
ло и водить магнитом под стеклом, железо будет перемещаться вслед за магнитом (рис. 253).
Действие магнита проявляется сильнее в непосредственной близости к нему и ослабевает по мере удаления. Кроме того, действие магнита наиболее сильно проявляется у полюсов и слабее к его середине.
Силы, действующие вокруг магнита, можно измерить при по-
Рис. 253. Действие магнита сквозь
преграду
мощи маятника с железным грузом, как показано на рис. 254.
р
Магнит сильнее всего
Серединой магнит не притягивает
Рис. 254. Наибольшая сила притяжения магнита проявляется у полюсов
Опыт с опилками
Рис. 255. Магнитные силовые линии
Область материальной среды, в точках которой действуют магнитные силы, называется магнитным полем.
Для удобства рассмотрения магнитных явлений принято изображать магнитное поле магнитными силовыми линиями, имеющими направление. Условились считать, что эти линии выходят из северного полюса магнита, входят в южный полюс и внутри магнита проходят от южного полюса к северному. Они являются, таким образом, замкнутыми линиями (рис. 255, внизу).
В действительности, конечно, таких линий нет. Но пользоваться понятием о магнитных силовых линиях удобно потому, что они показывают направление сил, действующих в магнитном поле.
Наглядную картину магнитных силовых линий можно получить, если насыпать на лист картона железные опилки, поднести снизу магнит и легким ударом по картону встряхнуть опилки. Опилки расположатся правильными цепочками, идущими от одного полюса к другому (рис. 255, сверху).
Магнитная стрелка, внесенная в поле, будет ориентироваться вдоль магнитных линий.
Принято считать, что чем сильнее магнитное действие на данном участке поля, тем плотнее располагаются здесь силовые линии. Таким образом, если принять, что определенному действию магнита соответствует одна силовая линия, можно оценить силу поля количеством линий, проходящих через площадку в 1 см2, расположенную перпендикулярно к силовым линиям. Из рис. 256 видно, что по мере удаления от магнита число силовых линий, проходящих через такую площадку, уменьшается.
Все силовые линии, относящиеся к той или иной части поля, наглядно представляют собой магнитный поток.
Если поднести одноименные полюсы двух магнитов один к другому, силовые линии, идущие навстречу, как бы отталкиваются; магниты при 246
Рис. 256. Магнитный силовой поток
этом стремятся разойтись (рис. 257, вверху). Если сблизить разноименные полюсы, создается общее магнитное поле (рис. 257, посередине). Силовые линии, охватывая оба магнита, как бы давят на них, стремясь сблизить их, подобно растянутой резинке, охватывающей два предмета.
Одноименные полюсы отталкиваются
Рис. 257. Расположение силовых линий при взаимодействии магнитов
Если внести в магнитное поле кусок железа (рис. 257, внизу), силовые линии войдут в него со стороны, обращенной к северному полюсу, и выйдут с противоположной. Железо само станет магнитом. Оба магнита будут обращены один к другому разноименными полюсами.
МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТОКА
Магнитные явления тесно связаны с электрическими. Это подтверждается тем, что вокруг всякого проводника с током образуется магнитное поле. Поле обнаруживается по отклонению внесенной в него магнитной стрелки. Опилки, насыпанные на бумагу, сквозь которую пропущен проводник с током, располагаются вокруг него правильными окружностями.
Направление силовых линий вокруг проводника определяют, пользуясь правилом буравчика (рис. 258). Если буравчик с правой нарезкой ввертывать так, чтобы его острие перемещалось в направлении тока, идущего по проводнику, то направление вращения буравчика будет совпадать с направлением силовых линий.
Силовые линии будут расположены тем гуще, чем сильнее ток.
Если согнуть проводник в виток и пропустить через него ток, вид магнитного поля изменится. Направление силовых линий внутри витка можно определить, пользуясь следующим правилом: если вращать буравчик по направлению тока в витке, он будет ввертываться в направлении силовых линий (рис. 259).
Если свернуть проводник в несколько витков так, чтобы они образовали катушку (соленоид) и пропустить ток, магнитное поле будет создаваться вокруг каждого витка (рис. 260). Магнитные поля отдельных витков складываются, поэтому общая сила магнита увеличится. Еще сильнее будет действовать соленоид, если в него вставить железный сердечник. При прохождении тока по виткам соленоида сердечник намагничивается сам так, что внутри одного магнита оказывается другой, силовые линии которого идут в том же направлении.
Соленоид с железным сердечником называется электромагнитом, в отличие от постоянного магнита, т. е. намагниченного куска стали. Электромагниты широко применяются в самых различных приборах и машинах танкового электрооборудования.
Заметим, что если попытаться выдвинуть сердечник из соленоида, то потребуется приложить некоторую силу. Если выдвинутый из соленоида сердечник отпустить, он втянется обратно. Это свойство также широко используется в электрических приборах.
Рис. 258. Правило буравчика
для проводника с током
Рис. 259. Правило буравчика для витка с токопс
Соленоид
НАМАГНИЧИВАНИЕ
ЖЕЛЕЗА
Магнитное поле соленоида возрастает по мере увеличения силы тока. Во сколько раз увеличится сила тока, во столько же раз возрастет число силовых линий вокруг соленоида.
Иначе обстоит дело в электромагните. С увеличением силы тока магнитное поле вначале резко усиливается. Это объясняется тем, что сердечник намагничивается сам, создавая свое собственное маг-
Магнитный потоп в электромагните сильнее>чем в соленоиде
Рис. 260. Соленоид и электромагнит
Сипа магнита (величина магнитного потопа)
ердечник насыщен
Сталь после выключения тока
железо после выключения
тока
Сила тока(Э) Ток насыщения
нитное поле. Однако железо может намагничиваться лишь до определенного предела, или, как говорят, до «насыщения» (рис. 261). Для разных сортов стали этот предел различен: одни из них намагничиваются сильнее, другие слабее. Если увеличивать силу тока после того, как сердечник намагнитится до «насыщения», усиление магнитного поля будет продолжаться, но уже медленнее. Усиление магнитного поля будет происходить только вследствие увеличения силы электрического тока, так как магнитное поле сердечника остается постоянным.
Выключим ток. Магнитное поле резко ослабнет; сердечник размагнитится (см. пунктирная линия на рис. 261). Но магнитное поле не исчезнет пол- . ностью. Если сердечник сделан из твердой стали, его магнитное поле останется довольно сильным — сердечник превратится в постоянный магнит. Мягкое железо размагничивается почти полностью, но и оно сохраняет некоторую магнитную силу (рис. 261, пунктир с точками) . Это явление носит название остаточного магнетизма.
Сердечники соленоидов, применяемых в электрических приборах и машинах, делаются из мягкого железа, чтобы при выключении тока их магнитное поле почти нах остаточный магнетизм не работа танковых генераторов невозможна.
Рис. 261. Намагничивание железа
исчезало. В некоторых приборах и маши-имеет никакого значения, но, например, без остаточного магнетизма была бы
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Если проводник, по которому проходит ток, приобретает магнитные свойства, то и, наоборот, — при помощи магнита можно получить электрический ток в проводнике.
Возьмем проводник и будем передвигать его в магнитном поле так, чтобы он перемещался под прямым углом к магнитным силовым линиям поля. Если замкнуть концы проводника через гальванометр — чувствительный прибор, служащий для измерения электрического тока, то стрелка прибора будет отклоняться. Отклонение стрелки будет тем сильнее, чем быстрее движется проводник. Следовательно, движение проводника перпендикулярно к магнитным силовым линиям сопровождается появлением в нем электрического тока.
Передвигая проводник в противоположную сторону, мы заметим, что и стрелка будет отклоняться в другую сторону — направление тока изменится. Если проводник движется не под прямым углом к силовым линиям, а наискось, отклонение стрелки будет меньше, а при движении проводника вдоль силовых линий стрелка вообще не отклонится.
Таким образом, при движении проводника в магнитном поле, или. как условно говорят, при пересечении им магнитных силовых линий, в проводнике возникает электродвижущая сила. Это явление носит название электромагнитной индукции.
Величина электродвижущей силы, возникающей в проводнике, зависит от числа магнитных силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени. Следовательно, одну.и ту же электродвижущую силу можно получить в слабом магнитном поле при быстром движении проводника или в сильном магнитном поле при медленном движении проводника.
РАБОТА ГЕНЕРАТОРА
Возьмем проводник, изогнутый в виде витка, и будем вращать его в магнитном поле, как показано на рис. 262, слева; в продольных ветвях проводника возникнет электродвижущая сила; если замкнуть концы проводника, по нему потечет ток. Направление тока определяют, пользуясь правилом правой руки: если ладонь правой руки держать так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а отогнутый под прямым углом
Рис. 262. Вращение витка в магнитном поле. Правило правой руки
Рис. 263. Число силовых линий, пересекаемых проводником, меняется в зависимости от направления его движения в данный момент
большой палец указывал направление движения проводника, то сложенные остальные пальцы покажут направление тока.
Из рис. 263 видно, что число силовых линий, пересекаемых продольными ветвями проводника, различно при различных положениях проводника. Когда виток переходит из положения 1 в положение 2 (рис. 263, Л) (т. е. левая ветвь проводника идет снизу вверх, правая — сверху вниз), обе ветви пересекают наибольшее число линий; электродвижущая сила будет наибольшей. Наоборот, три переходе из положения 2 в положение 3 (рис. 263, Б) обе ветви скользят вдоль силовых линий. В этом случае электродвижущая сила в проводнике не возникает. Таким образом, при вращении витка величина возникающей в нем электродвижущей силы непрерывно изменяется.
Присоединим концы вращающегося витка к двум кольцам, к которым прижимаются щетки (рис. 264). Щеткой называется деталь, служащая для передачи тока от неподвижных частей к движущимся. Она изготовляется из электропроводящего материала (медь, бронза, графит и др.) и плотно прижимается пружиной к вращающейся части (в данном случае к кольцу).
Если соединить щетки проводником, по нему пройдет ток. Пользуясь правилом правой руки, легко убедиться в том, что в положении А правая щетка будет положительной, а левая — отрицательной.
По мере вращения проводника величина электродвижущей силы будет уменьшаться, пока не станет равной нулю. После этого левая ветвь проводника окажется справа, а правая — слева (рис. 264, Б). Теперь правая щетка станет отрицательной, а левая положительной; ток в проводнике изменит свое направление. За каждый оборот витка направление тока будет меняться дважды (см. кривую на рис. 264, внизу). Ток, изменяющийся по величине и по направлению, называется переменным.
Генератор на танке должен давать постоянный ток; это необходимо для зарядки аккумуляторных батарей. Чтобы направление тока не изменялось, применяют особый вращающийся переключатель тока, называемый коллектором.
Простейший коллектор состоит из двух полуколец, к которым присоединены концы витка; к коллектору прижимаются щетки (рис. 265). Левая щетка всегда будет соединена с ветвью, проходящей под северным полюсом магнита, и поэтому будет всегда отрицательной; правая щетка, постоянно соединенная с ветвью, проходящей под южным
Гальванометр
Рис. 264. Схема генератора переменного тока
Рис. 265. Схема генератора постоянного тока
полюсом, будет положительной. Следовательно, направление тока в цепи меняться не будет.
Но и в этом случае сила тока генератора все же будет меняться, то возрастая до наибольшей величины, то падая до нуля, в зависимости от положения витка относительно полюса. Такой ток называется пульсирующим. Чтобы избежать этого и получить ток, не изменяющийся не только по направлению, но и по величине, берут несколько витков и располагают их под углом один к другому. Концы проводников присоединяют к изолированным одна от другой коллекторным пластинам (рис. 266). Витки соединены между собой так, что возникающая в каждом из них электродвижущая сила складывается с ,э. д. с. остальных витков. В любой момент электродвижущая сила в одном проводнике будет наибольшая, в соседнем она будет несколько меньше, в следующем —
Рис. 266. Устройство танкового генератораг
еще меньше и т. д. Складываясь, они дадут определенную величину электродвижущей силы, которая будет меняться тем меньше, чем больше витков. Практически ток в цепи будет постоянный, т. е. неизменный как по величине, так и по направлению.
Витки в генераторе укладывают в пазы якоря, изготовленного из тонких пластин железа. На
Рис. 267. Схема генератора
одном конце якоря устанавливается изолированный от
него коллектор, к которому прижимаются
щетки.
Мы уже указывали, что величина электродвижущей силы, возникающей в проводнике, зависит от числа магнитных силовых линий, которые проводник пересекает в единицу времени. Следовательно, электродвижущая сила генератора зависит от величины магнитного потока, создаваемого полюсами, и числа оборотов якоря, так как чем быстрее вращается якорь, тем большее число силовых линий проводники пересекут за одно и то же время.
Для создания магнитного потока в генераторах применяют не постоянные магниты, а электромагниты, так как они значительно сильнее. Сердечники их (полюсы) крепятся к железному корпусу генератора. Магнитные силовые линии выходят из северного полюса магнита, проходят через железо якоря к южному и возвращаются по корпусу генератора обратно (рис. 267).
Обмотка полюсов, по которой проходит ток, создающий магнитное поле между полюсами, называется обмоткой возбуждения генератора. Ток в обмотку возбуждения генератора может поступать или от постороннего источника (аккумуляторной батареи или второго генератора) или из своей обмотки якоря. В первом случае генератор называется генератором с независимым возбуждением, во втором— генератором с самовозбуждением. На танках обычно применяются генераторы с самовозбуждением, не требующие постороннего источника для питания обмотки возбуждения.
В танковых генераторах обмотка возбуждения присоединяется одним концом к одной щетке генератора, а другим — к другой; точно так же присоединяются к щеткам потребители тока. Такое включение обмотки возбуждения называют параллельным, а генератор — генератором с параллельным возбуждением — шунтовым (рис. 268).
Рассмотрим работу генератора с параллельным возбуждением.
Полюсы генератора, когда его якорь не вращается, размагничены, но неполностью: они сохраняют в себе небольшую магнитную силу (остаточный магнетизм); поэтому, если начать вращать якорь, в витках его обмотки возникнет небольшая электродвижущая сила. Она вызовет в обмотке возбуждения слабый электрический ток, который дополнительно намагнитит полюсы. Усиление магнитного потока, в свою очередь, увеличит электродвижущую силу в обмотке якоря, ток в обмотке возбуждения возрастет, намагничивание вновь усилится и т. д. Это будет продолжаться, пока электродвижущая сила генератора не достигнет нормальной величины или пока генератор, как говорят, не возбудится.
Электродвижущая сила генератора с параллельным возбуждением уменьшается при увеличении силы тока генератора.
Действительно, у генератора с параллельным возбуждением по мере возрастания силы тока во внешней цепи напряжение снижается. Так как сила тока в обмотке возбуждения зависит от напряжения на зажимах генератора, то уменьшение напряжения ослабит магнитный поток полюсов, вследствие чего электродвижущая сила генератора снизится. Это, в свою очередь, опять-таки приведет к снижению напряжения.
Уменьшение напряжения генератора с параллельным возбуждением из-за увеличения силы тока сравнительно незначительно; даже при наибольшей силе тока напряжение обычно падает не больше чем на 10— 15%. Кроме того, изменяя силу тока в обмотке возбуждения, можно легко добиться, чтобы напряжение генератора при меняющихся оборотах якоря оставалось постоянным (см. ниже). Эти свойства генератора с параллельным возбуждением позволяют применять его в танковом электрооборудовании. Другие типы генераторов с самовозбуждением, на которых мы здесь не останавливаемся, уступают по этим свойствам генератору с параллельным возбуждением.
РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Напряжение генератора с параллельным возбуждением остается примерно постоянным лишь при условии, что обороты его якоря неизменны. В действительности якорь танкового генератора приводится во вращение от коленчатого вала двигателя, обороты которого все время изменяются. Но электродвижущая сила генератора зависит от числа оборотов якоря, а значит, и от оборотов двигателя. Обычно электродвижущая сила генератора достигает своей нормальной (расчетной) величины, когда обороты двигателя в 3—4 раза меньше рабочих. Следовательно, при рабочих оборотах двигателя электродвижущая сила и напряжение могли бы настолько возрасти, что это стало бы опасным для потребителей и особенно для источников электрической энергии — самого генератора и аккумуляторной батареи, которую он заряжает.
Напряжение генератора необходимо поддерживать постоянным независимо от оборотов двигателя. Для этого служит регулятор напряжения. При увеличении числа оборотов якоря регулятор уменьшает силу тока в обмотке возбуждения генератора, а следовательно, и магнитный поток полюсов, благодаря чему напряжение генератора поддерживается примерно постоянным независимо от оборотов двигателя.
Простейший регулятор напряжения представляет собой электромагнит, обмотка которого одним концом соединена с положительной щеткой генератора, а другим, через массу,— с отрицательной. Такая обмотка называется параллельной (рис. 269). К подвижному контакту регулятора, укрепленному на подвижном якоре, подведен провод от положительной щетки генератора, к другому (неподвижному) — провод от обмотки 254
возбуждения. Второй конец обмотки возбуждения соединен непосредственно с отрицательной щеткой генератора. Таким образом, обмотка возбуждения соединена с генератором через контакты регулятора.
Пружина стремится держать контакты замкнутыми. Параллельно контактам регулятора присоединено добавочное сопротивление значительной величины.
Если напряжение генератора нормальное или ниже нормального, сердечник регулятора будет намагничен недостаточно, чтобы разомкнуть контакты (рис. 269, А). Поэтому ток проходит в обмотку возбуждения через замкнутые контакты, минуя добавочное сопротивление, так как при параллельном соединении двух ветвей сила тока в этих ветвях об-
Добавочное сопротивление
4
Контакты замкнуты
Обмотка возбуждения
Тон проходит через добавочное сопротивление
Б
Контакты разомкнуты
Тон через добавочное сопротивление не идет
Якорь £
Рис. 269. Схема регулятора напряжения
Контакты
Обмотка 5^ регулятора-
к потребителям
Генератор
ратно пропорциональна
их сопротивлениям (ток проходит по пути наименьшего сопротивления). Сопротивление контактов практически можно считать равным нулю, поэтому можно принимать, что через них проходит весь ток.
Когда напряжение генератора станет выше нормального, сердечник регулятора напряжения намагнитится достаточно сильно, чтобы разомкнуть контакты. Ток в обмотку возбуждения пойдет через добавочное сопротивление (рис. 269, Б). Ввиду большой величины этого сопротивления уменьшится сила тока в обмотке возбуждения, магнитный поток ослабнет и напряжение генератора снизится. Вследствие этого ток в обмотке регулятора уменьшится. Намагничивание сердечника ослабнет, контакты сомкнутся вновь; тогда ток в обмотке возбуждения увеличится, напряже
ние генератора возрастет, контакты снова разомкнутся и т. д.
Таким образом, якорь регулятора при повышенном напряжении непрерывно колеблется, а контакты то замыкаются, то размыкаются. Напряжение генератора то увеличивается (при замыкании контактов), то падает (при их размыкании), но средняя величина напряжения остается примерно постоянной.
Кроме основной обмотки, регулятор имеет одну или несколько дополнительных, действие которых улучшает его работу и, в частности, увеличивает частоту замыкания и размыкания контактов. Это весьма важно,
так как колебания напряжения не должны отражаться на работе потребителей (например, вызывать мигание лампочек). В регуляторах якорь обычно делает 150—200 колебаний в секунду. Мы не рассматриваем работу дополнительных обмоток, поскольку принцип действия регулятора они не изменяют.
АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
Генератор вырабатывает электрическую энергию только при работающем двигателе. Между тем, приборы электрооборудования должны действовать и тогда, когда двигатель не работает. Больше того, если на машине есть стартер, т. е. электромотор для запуска двигателя, то необходимо иметь источник, который мог бы давать ток именно при неработающем двигателе. Таким источником тока являются аккумуляторные батареи.
ПРОСТЕЙШИЙ АККУМУЛЯТОР
Возьмем две свинцовые пластины и опустим их в сосуд со слабым раствором серной кислоты в воде; мы получим прибор, называемый аккумулятором (рис. 270); раствор, залитый в аккумулятор, носит название электролита. Если затем присоединить пластины к зажимам какого-либо источника электрической энергии, например к зажимам работающего генератора, в цепи аккумулятора появится ток.
В результате действия тока будет происходить химическая реакция между веществом пластин и кислотой, и аккумулятор зарядится, т. е. сам превратится в источник электрической энергии. Теперь от него можно получать энергию, или, как говорят, разряжать аккумулятор.
Остановимся подробнее на химических и электрических явлениях, происходящих в аккумуляторе при его зарядке и разрядке.
На рис. 271 показаны условные схематические обозначения молекул и ионов веществ, принимающих участие в химических реакциях аккумуляторов; этими обозначениями мы будем пользоваться в дальнейшем при описании работы аккумулятора.
Как видно из рис. 271, каждая молекула серной кислоты состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.
Если в раствор серной кислоты в воде опустить свинцовые пластины, то в результате химического взаимодействия серной кислоты со свинцом обе пластины покроются через некоторое время налетом сернокислого свинца PbSO4.
Предположим, что вся кислота из электролита израсходовалась на образование сернокислого свинца. Тогда в сосуде останется вода. Молекулы воды могут расщепляться на положительные ионы водорода (Н+), отдающие по одному электрону, и отрицательные ионы воды (ОН-* —гидроксильная группа), присоединяющие к себе по одному электрону. В воде
растворяется некоторое количество сернокислого свинца, расщепляющегося при этом на положительный ион свинца (РЬ++) и отрицательный ион серы, соединенный с кислородом (SO~ ~ — так называемый кислотный остаток). Ионы в растворе находятся в беспорядочном движении: часть из них соединяется друг с другом, образуя нейтральные молекулы; некоторые молекулы, наоборот, расщепляются на ионы. Но количество ионов в растворе при данном его составе и неизменной температуре будет всегда одно и то же. Если часть ионов по каким-либо причинам будет удалена из раствора, их место займут новые, немедленно образующиеся вследствие расщепления молекул.
Г рафическое изображение Н а и м е н о в а н и е Буквенное обозначение
ЭЛЕКТРО Н- Отрицательно заряженная элементарная чоапица вещества. Размер электрона ток мал, что если 250миллиардов электронов расположить в цепочку, то они уместятся на длине в 1 миллиметр
части расщепленной молекулы вещества, обладающие положитель-ИОНЫ- НЬ1Л1 или отрицательным зарядом
© Однозарядный положительный ион водорода н+
Двухзарядный отрицательный ион кислорода 0"
Двухзарядный положительный ион свинца Рв++
© Четырехзарядный положительный ион свинца Рв++++
© Двухзарядный отрицательный ион кислотного остатка sor
Однозарядный отрицательный ион воды он*
МОЛЕКУЛЫ- химическое соединение атомов или ионов
Вода 2 атома водорода + атом кислорода Н20
Серная кислота 2 атома водорода + атом серы + 4 атома кис -порода H2S04
Перекись свинца атом свинца + 2 атома кислорода РвО,
Сульфат свинца атом свинца + атом серы + 4 атома кислорода Рв304 |
Рис. 271. Таблица условных изображений и химических обозначений электролита и веществ пластин аккумулятора
Генератор
Электроны
он*-
&77////////7/777/777777777^//777/777777//7////////77/777777%г
На отрицательной пластине ZH+++5O4’+Pe++ 2электрона = H2SO4+ Ре
В направлении к отри нательной пластине движутся положительные ионы водорода (Н+), я положительной-отрицательные ионы воды ГОН')
ОН"
На положительной пластине
20Н~~+304~+Рв*" 2 электрона = Н2 SO4+РаО2
В электролите увеличилось количество серной кислоты и уменьшилось количество воды
Рис. 272. Схема химических реакций, происходящих при зарядке аккумулятора
ЗАРЯДКА АККУМУЛЯТОРА
Присоединим одну из пластин аккумулятора, находящегося в описанном выше состоянии, к положительному зажиму источника электрической энергии (эту пластину будем в дальнейшем называть положительной), а другую — к отрицательному (отрицательная пластина, рис. 272). После этого на отрицательной пластине образуется избыток электронов (рис. 272, Д) и в направлении к ней устремятся из раствора положительные водородные ионы, которые, встречаясь с отрицательными ионами SO4 , образуют нейтральные молекулы серной кислоты, растворяющиеся в воде. Оставшиеся положительные ионы свинца присоединяют к себе недостающие им электроны и превращаются в атомы свинца, которые оседают на отрицательной пластине.
К положительной пластине, где электронов недостает, будут двигаться отрицательные ионы воды. Взаимодействуя с положительными ионами свинца (рис. 272, Б) они образуют нейтральные молекулы перекиси свинца (РЬО2), оседающие на пластине в виде кристаллов. Водород, входящий в состав гидроксильной группы ОН-, при этом выделяется в виде положительных ионов Н+, немедленно соединяющихся с ионами SO'— и образующих молекулы серной кислоты.
Поскольку часть ионов из раствора израсходуется, произойдет расщепление новых молекул сернокислого свинца хи расщепление молекул воды, так что процесс сможет продолжаться. Поэтому в цепи источник тока — аккумулятор будет проходить ток. Но в отличие от металлических проводников, в которых ток образуется непрерывным потоком электронов, в электролите происходит упорядоченное встречное движение ионов: положительные ионы водорода движутся к отрицательной пластине, отрицательные гидроксильные — к положительной.
Рассмотренный нами процесс называется зарядкой аккумулятора. В ходе зарядки, как следует из сказанного, на отрицательной пластине образуется слой губчатого (пористого) свинца РЬ, а на положительной — перекись свинца РЬО2. Одновременно увеличивается количество серной кислоты, растворенной в воде,— раствор становится крепче (рис. 272, В). Так как плотность кислоты больше плотности воды, общая плотность электролита повышается (в дальнейшем мы везде будем говорить о плотности электролита, а не о крепости раствора, так как плотность практически определяется проще, чем крепость или концентрация).
Зарядка закончится, когда на поверхности пластин не останется сернокислого свинца. Однако по окончании зарядки ток в цепи не прекратится; но теперь он будет только разлагать воду на водород (выделяющийся у положительной пластины) и кислород1 (у отрицательной). Пузырьки этих газов, выделяясь . наружу, создают впечатление кипения электролита; поэтому нередко говорят, что аккумулятор «кипит».
Сравним состояние аккумулятора после зарядки (рис. 272) с его первоначальным состоянием, когда в электролит были опущены две свинцовые пластины (см. рис. 270). Сернокислый свинец отрицательной пластины превратился в губчатый свинец, а на положительной пластине место сернокислого свинца заняла перекись свинца; электролит представляет собой раствор серной кислоты в воде.
Изменения химического состава пластин сопровождаются электрическими изменениями. Электродвижущая сила аккумулятора перед зарядкой равна нулю. Если замерять ее в процессе зарядки (отсоединяя источник), то окажется, что она непрерывно увеличивается — сначала быстро, затем все медленнее. После окончания зарядки э. д. с. аккумулятора станет равной примерно 2,2 в.
Теперь аккумулятор сам стал источником электрической энергии и может отдавать ее, разряжаясь при этом.
Заметим, что, опустив в электролит пластины свинца и перекиси свинца, мы получили бы готовый к действию аккумулятор, не требующий зарядки.
Способность аккумулятора быть источником электрической энергии определяется взаимодействием вещества его пластин с электролитом. Рассмотрим это взаимодействие.
РАЗРЯДКА АККУМУЛЯТОРА
Пусть пластины заряженного аккумулятора не соединены проводником с потребителями тока. В электролите в результате расщепления молекул серной кислоты будут находиться беспорядочно движущиеся ионы водорода Н+ и кислотного остатка SO“~
1 Два иона гидроксила, нейтрализуясь, распадаются на атом кислорода и молекулу воды, так как нейтральные молекулы гидроксила существовать не могут.
Электроны
— Ион кислотного остатка— ~ ^Отсоединяясь с атомом свинца — Рцобразует сульфат свинца Рв8О4^~
На отрицательной пластине
Рв “- 2 электрона + ЗОд ” = РвЗОд-2 электрона
На положительной пластине образуется ----молекула сульфата к— свинца РвЗОд и вблизи пластины-две мо~ лекулы воды 2Нг0
На положительной пластине
Р/++++ 20““+ 4Н*+8(Ц~+2 электрона = РаЗОд+2 Н20
РеЗОд + 2Нг0 +• РвЗОд
8 электролите увеличилось количество воды и уменьшилось количество серной кислоты
Рис« 273* Схема химических реакций, происходящих при разрядке аккумулятора
Подобно тому как в рассмотренном выше случае в электролите растворялся сернокислый свинец, теперь произойдет частичное растворение вещества обеих пластин.
С отрицательной пластины в раствор перейдут положительные ионы свинца, оставляющие на пластине по два электрона. Поэтому пластина и получит отрицательный заряд.
Ионы свинца удерживаются вблизи пластины силами электрического притяжения, образуя как бы слой, препятствующий дальнейшему растворению свинца. По той же причине ионы свинца не взаимодействуют с электролитом.
Перекись свинца на положительной пластине расщепляется на положительные ионы свинца и отрицательные —кислорода; последние переходят в раствор, вследствие чего
пластина зарядится положительно.
Соединим теперь пла-
стины проводником с потребителем тока (рис. 273).
Избыток электронов с отрицательной пластины будет переходить на положительную (рис. 273, Л). Вследствие этого положительные ионы свинца потеряют связь с пластиной и будут притягивать из раствора отрицательные ионы SO“. Соединяясь с ними, они образуют нейтральные молекулы сернокислого свинца, кристаллы которого будут осаждаться на пластине. В раствор перейдут новые ионы свинца, на пластине останутся новые
избыточные электроны, которые будут переходить по проводнику на положительную пластину и т. д.
Ионы кислорода, освобождаясь от связи с положительной пластиной, на которую поступают электроны, притягивают из раствора положительные ионы водорода и, соединяясь с ними, образуют воду (рис. 273, Б). Положительные ионы свинца, оставшиеся после расщепления молекул перекиси, соединяются с отрицательными ионами SO4—, обра-
0 5 ю №
Время разрядки в часах
Рис. 274. Кривая разрядки аккумулятора
зуя сернокислый свинец.
Таким образом, в ходе разрядки на обеих пластинах образуется сернокислый свинец, а плотность электролита падает,, так как кислота распадается, а вместо нее получается вода (рис. 273, В).
В результате, при полной разрядке аккумулятор придет в состояние, подобное описанному выше, т. е. будет состоять из двух пластин, покрытых слоем сернокислого свинца, находящихся в слабом растворе.
Во все время разрядки во внешней цепи (по проводнику) идет непрерывный поток электронов, а в электролите происходит встречное движение ионов. В отличие от зарядки, положительные водородные ионы движутся здесь не к отрицательной, а к положительной пластине.
Электродвижущая сила аккумулятора зависит от вещества пластин и плотности электролита. В ходе разрядки она непрерывно падает. Если на обеих пластинах остается только один сернокислый свинец, э. д. с. равна нулю, так как условия, в которых находятся обе пластины, совершенно
одинаковы.
При небольшой силе разрядного тока напряжение, как и э. д. с., уменьшается в основном только вследствие понижения плотности электролита. Иначе, как будет сказано ниже, обстоит дело при больших токах.
На рис. 274 показана зависимость напряжения (весьма близкого по величине к э. д. с., так как сила тока мала) от времени разрядки аккумулятора. Как видно на рисунке, вначале напряжение быстро снизится с 2,2 в примерно до 2 в, затем будет медленно понижаться до 1,8—1,85 в, после чего резко упадет (пунктир на рис. 274).
Аккумулятор следует разряжать только до тех пор, пока не начнется резкое падение напряжения; поэтому в практике полностью разряженным аккумулятором считается такой, у которого напряжение упало не до нуля, а до так называемого предельного напряжения 1,5—1,7 в, в зависимости от силы тока разрядки. Нормально же разрядку аккумулятора надо прекращать еще раньше, когда напряжение упадет до 1,8—1,75 в.
ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА
Рассматривая работу аккумулятора, мы видели, что он запасает электрическую энергию при зарядке, а затем отдает ее при разрядке.
Под действием тока, проходящего через аккумулятор при зарядке, происходит химическое превращение вещества пластин. При этом
затрачивается энергия источника тока; при обратном превращении вещества пластин энергия выделяется. Количество электричества, которое может отдать аккумулятор, или его емкость, определяется количеством вещества пластин, участвующего в химических реакциях при разрядке.
Емкость аккумулятора выражается количеством электричества, которое он может отдать, разряжаясь до предельно допустимого напряжения 1,7 в.
СТАРТЕРНЫЙ АККУМУЛЯТОР
Описанный нами простейший аккумулятор с так называемыми поверхностными пластинами имеет очень небольшую емкость, так как с кислотой взаимодействует только поверхность пластин.
При тех же размерах пластин можно во много раз увеличить емкость, если сделать пластины решетчатыми и заполнить решетку пористой массой, состоящей (после зарядки) из тех же веществ, что и наружный слой поверхностных пластин аккумулятора (свинец и перекись свинца). Тогда кислота, проникая в поры, будет взаимодействовать с веществом пластин (так называемой активной массой) не только на поверхности, но и в глубине.
Именно так устроены пластины аккумуляторов стартерных батарей, применяемых на танках, автомобилях и тракторах. Стартерными они называются потому, что их основная задача — питание стартера при запуске двигателя.
Для еще большего увеличения емкости аккумулятор составляется не из одной, а из нескольких пар пластин. Положительные и отрицательные пластины объединяются в полублоки (рис. 275), которые вставляются
Рис. 275. Полублоки стартерного аккумулятора
в общий сосуд так, что каждая положительная пластина находится между двумя отрицательными. Благодаря этому у всех пластин, кроме двух крайних, работают обе стороны. Чтобы пластины не соприкасались, между ними ставят пористые пластинки — сепараторы, через поры которых может проходить электролит.
Сосуд с двумя полублоками образует один аккумулятор. Напряжение заряженного аккумулятора равно около 2 в независимо от числа пластин.
Емкость аккумуляторной батареи может быть выражена числом кулонов электричества, которые он отдает, разряжаясь до предельного напряжения. Однако, поскольку емкость стартерных аккумуляторов измеряется сотнями тысяч и даже миллионами кулонов, в практике для
подсчета емкости пользуются более крупными единицами — ампер-часами (сокращенно а-*/). Ампер-час — это количество электричества, которое пройдет через проводник в течение одного часа при силе тока 1 а. Так как при такой силе тока по проводнику за секунду проходит 1 кулон, а час равен 3600 секундам, то 1 ампер-час равен 3600 кулонам.
Общая емкость устанавливаемых на танке аккумуляторных батарей составляет 100—300 а-ч.
Стартерные аккумуляторные батареи разряжаются токами самой различной силы. Лампочки потребляют ток от нескольких десятых ампера до 1—2 а, электромотор поворота башни требует ток силой 100— 200 а, наконец, при запуске двигателя стартером требуется ток силой до 1060 а, а иногда и выше. Разрядка аккумуляторной батареи различными токами существенно влияет на ее емкость.
Емкость, указываемая в паспорте аккумуляторной батареи, или ее номинальная емкость, соответствует силе тока при двадцатичасовой непрерывной разрядке. Так, номинальная емкость батареи 144 а-ч соответствует разрядке током, сила которого равна
Если разряжать ту же аккумуляторную батарею током силой 30 а, 144
она разрядится не за 4,8 часа, а всего за 3 часа, т. е. емкость составит 30-3 = 90 а-ч. При токе 120 а батарея разрядится за полчаса и емкость ее будет равна 120-0,5 = 60 а-ч. Наконец, при разрядке током 400 а аккумуляторная батарея разрядится за 5 минут (0,08 часа) и емкость ее составит 400-0,08 = 32 а-ч, т. е. всего около 25% номинальной.
Длительное и непрерывное включение потребителей, требующих тока большой силы, недопустимо, так как при этом аккумуляторная батарея быстро разряжается.
Быстрая разрядка батареи при больших разрядных токах объясняется тем, что в этом случае расход кислоты электролита в порах активной массы происходит настолько быстро, что свежие порции кислоты не успевают поступать в поры. С активной массой взаимодействует слабый электролит, что приводит к уменьшению э. д. с.
Помимо этого, по мере разрядки растет внутреннее сопротивление аккумулятора, так как поры активной массы уменьшаются (объем кристаллов сернокислого свинца больше объема кристаллов свинца и перекиси свинца) и ионы электролита проникают в них с трудом. Отдельные поры могут совсем закрыться, что выключит из работы часть активной массы. При быстрой разрядке в работу успевает включиться главным образом поверхностная часть активной массы пластин; внутренняя часть активной массы при этом не может быть использована.
СУЛЬФАТАЦИЯ
Как мы уже говорили, аккумулятор не следует разряжать не только до нуля, но и до предельного напряжения. Образовавшийся при разрядке сернокислый свинец легко превращается обратно в активную массу лишь в том случае, если его кристаллы будут очень мелкими. Именно такие кристаллы и образуются при нормальной разрядке. Но если разряженный
аккумулятор останется незаряженным длительное время, часть сернокислого свинца будет растворяться в кислоте, а затем (по различнььм причинам, например вследствие колебаний температуры, при которых изменяется растворимость вещества) вновь оседать на пластинах. При этом наряду с образованием новых кристаллов происходит рост старых. Крупные кристаллы покрывают пластины хорошо заметным светлосерым налетом. Превращение мелкокристаллического сернокислого свинца в крупнокристаллический называется сульфатацией. Сульфатами (от латинского слова «сульфурум» — сера) называются продукты соединения серной кислоты с металлами; сернокислый свинец является сульфатом свинца.
Крупнокристаллический свинец плохо превращается в активную массу; аккумулятор в этом случае, как говорят, не принимает зарядки. В зависимости от того, насколько сильно сульфатирован аккумулятор, он зарядится не полностью, а может и вовсе не зарядится.
Сульфатация значительно повышает внутреннее сопротивление аккумулятора. Сопротивление исправной аккумуляторной батареи очень мало — оно составляет всего несколько тысячных долей ома. Но даже в этом случае при пользовании стартером внутреннее падение напряжения достигает 20—25% электродвижущей силы батареи. У сульфатированной батареи внутреннее падение напряжения может достичь 40— 50% электродвижущей силы. Напряжение на зажимах будет при этом слишком мало, и приборы, требующие тока значительной силы, работать не смогут.
Сульфатации можно избежать, если следить за тем, чтобы на пластинах было по возможности меньше сернокислого свинца. С этой целью следует поддерживать аккумуляторную батарею в полностью заряженном состоянии и не допускать ее разрядки больше чем на половину емкости.
САМОРАЗРЯД
Надо иметь в виду, что неработающая заряженная батарея, даже вполне исправная, будет разряжаться вследствие так называемого саморазряда.
Саморазряд происходит вследствие того, что между отдельными точками одной и той же пластины возникает разность напряжений. Причиной этого может быть неодинаковая плотность электролита на разных уровнях (более тяжелая, чем вода, кислота опускается вниз), различие в веществе активной массы и решетки пластин и др. Между точками с разными напряжениями проходит ток; при этом часть активной массы превращается в сульфат свинца и уже не может принимать участие в работе при последующей нормальной разрядке. Поэтому и неработающую аккумуляторную батарею необходимо периодически подзаряжать.
Саморазряд усиливается, если вода, входящая в состав электролита, не будет достаточно чистой. Даже совершенно прозрачная и годная для питья вода не годится для аккумуляторной батареи. Содержащиеся в питьевой воде соединения хлора, железа и другие вещества разрушают активную массу, а иногда и решетки пластин. Не видимые глазом металлические частицы, попадая в аккумулятор, усиливают его саморазряд по сравнению с нормальным иногда во много раз; поэтому для электролита следует брать только дистиллированную (перегнанную), в крайнем случае — дождевую или снеговую воду.
Вода, стекшая с железной крыши или собранная в железную или цинковую посуду, негодна для аккумулятора.
ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТА
Электролит представляет собой раствор серной кислоты в воде. В 1 л электролита заряженного аккумулятора содержится около 500 г чистой серной кислоты и около 800 г воды, а всего 1300 г. Следовательно, плотность электролита, или его удельный вес, будет
1300 г
1000 см3
1,3 г/см*.
Плотность электролита измеряют ареометром — стеклянной трубкой с грузиком внизу (рис. 276). Чем больше плотность раствора, тем выше поднимается ареометр.
Увеличение плотности электролита повышает электродвижущую силу аккумулятора. Однако оно способствует также и сульфатации, поскольку
Рис» 276. Ареометр для определения плотности электролита
сернокислый свинец лучше растворяется в крепкой кислоте. Повышение плотности приводит также к быстрому разрушению деревянных сепараторов. Разрушение сепараторов особенно часто наблюдается в теплое время года, когда температура электролита повышается.
Зимой при температуре до-—35° Ц нормальной плотностью электролита полностью заряженного аккумулятора считается 1,285. Летом плотность понижают до 1,27, а в особо жарких местностях — до 1,24. Зимой, особенно в районах, где бывают сильные морозы, плотность электролита необходимо повы
Рис. 277. Проверка зарядки аккумулятора нагрузочной вилкой
шать до 1,31 для уменьшения опасности замерзания аккумулятора, так как при повышении плотности точка замерзания электролита понижается. Электролит, имеющий плотность 1,29, замерзает при самой низкой температуре.
По мере разрядки аккумулятора плотность электролита падает: поэтому по плотности электролита можно судить о степени разрядки аккумулятора. Для этого надо знать, какой была плотность электролита полностью заряженного аккумулятора, и помнить, что при разрядке на 25% плотность понижается примерно на 0,04. Так, если плотность электролита при полной зарядке была 1,27, а при измерении оказалась равной 1,19 (уменьшение на 0,08), то аккумулятор разряжен на 50% (см. рис. 276).
Но по одной плотности не всегда можно судить о состоянии аккумулятора. Сульфатированный аккумулятор не будет хорошо работать, хотя бы плотность его электролита и была нормальной. Поэтому заря-женность аккумулятора дополнительно проверяют нагрузочной вилкой (рис. 277). Разрядке на 50% соответствует устойчивое в течение 5 секунд показание вольтметра вилки 1,65—1,7 в.
Чтобы приблизительно определить состояние аккумуляторов в танке, нужно включить свет и нажать на кнопку стартера. Уменьшение накала нитей ламп до тусклокрасного цвета говорит о значительной степени разрядки батареи. О том же свидетельствует сильное падение напряжения, показываемое вольтметром на щитке механика-водителя при нажатии на кнопку стартера.
СОЕДИНЕНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ
Напряжение одного аккумулятора составляет 2 в. Между тем, по условиям работы танкового электрооборудования требуется более высокое напряжение — обычно 12 или 24 в. Для получения нужного напряжения аккумуляторы соединяют между собой последовательно (рис. 278), т. е. положительный полублок одного аккумулятора с отрицательным полублоком следующего.
При последовательном соединении аккумуляторов их электродвижу-
щие силы складываются; соединение трех аккумуляторов дает напряжение 6 в, соединение шести аккумуляторов—12 в. Соединенные таким
образом и установленные в общем ящике аккумуляторы образуют аккумуляторную батарею. Обычно напряжение батарей бывает равно 6 и 12 я.
Для получения большего напряжения две батареи соединяют между со-
Рис. 278. Последовательное соединение аккумуляторных батарей
бой последовательно (см. рис. 278).
Чтобы уяснить, как влияет последовательное соединение источников тока на их электродвижущую силу, представим себе три последовательно соединенных насоса (рис. 279). Предположим, что насос № 1 создает давление, равное 12 ат. Под этим давлением жидкость поступает в насос № 2, который создает дополни-
тельное давление 6 ат. В насосе № 3 давление
Уг12вольт 4- U2=6 вольт 4- 12 вольт -ЗОволып
Рис. 279. Последовательное соединение источников тока
жидкости повышается еще на 12 ат. Таким образом, давление за насосом № 3 будет равно 30 ат.
То же самое происходит при последовательном соединении источников электрической энергии, которые на рисунке условно изображены в виде отдельных аккумуляторов. Напряжения отдельных источников складываются.
При параллельном соединении источников электрической энергии (плюс одного источника с плюсом другого, минус— с минусом), имеющих одинаковую электродвижущую силу, общая электродвижущая сила будет такой же, как у одного источника.
Параллельное соединение источников с разной э. д. с. недопустимо. Поясним причины этого на примере.
Представим себе схему из двух параллельно соединенных насосов, работающих на одну турбинку (рис. 280). Пусть давление, создаваемое в одном насосе, больше давления, создаваемого в другом (12 и 6 пт). В узловой точке, где труба разветвляется, давление будет равно 12 ат. Очевидно, что под этим давлением жидкость из насоса № 1 будет поступать не только в турбинку, но и в насос № 2. Под действием давления 12 ат насос № 2 начнет вращаться влево, т. е. этот насос станет потребителем, вместо того чтобы быть источником.
Если давление, создаваемое обоими насосами, будет одинаковым, скажем по 12 ат, то оба насоса будут работать как источники, причем на долю каждого из
Насос Nl(12am )
Рис. 280. Неправильное параллельное соединение источников тока
Рис. 281. Параллельное соединение аккумуляторных батарей
них придется лишь половина энергии, потребленной турбинкой.
Совершенно то же будет при параллельном соединении источников тока. Если электродвижущие силы источников неодинаковы, то параллельно соединять их нельзя, так как источник с меньшей электродвижущей силой превратится в потребителя. При одинаковых электродвижущих силах параллельно соединенных источников общая электродвижущая сила их будет такой же, как у каждого в отдельности;
при этом на долю каждого источника придется лишь часть тока, идущего к потребителю. Так, при параллельном соединении двух батарей по 12 в, работающих на потребителя, которому требуется ток 40 а, общее напряжение в сети будет равно 12 в, а каждая батарея будет давать ток 20 а.
Чтобы уменьшить нагрузку, приходящуюся на аккумуляторную батарею (т. е. силу разрядного тока), на средних и тяжелых танках часто устанавливают по две батареи (или по две группы батарей), соединенные параллельно (рис. 281).
СОВМЕСТНАЯ РАБОТА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ И ГЕНЕРАТОРА
При неработающем двигателе стартер и все другие потребители питаются током от аккумуляторной батареи. Когда двигатель работает, потребители питаются током от генератора. Генератор заряжает также аккумуляторную батарею, которая разряжается главным образом во время запуска двигателя. Чтобы аккумуляторная батарея заряжалась, ее соединяют параллельно с генератором (рис. 282). Напряжение генератора во время работы должно быть несколько выше напряжения батареи, чтобы обеспечить достаточную силу зарядного тока (сила тока определяется разностью напряжений генератора и батареи).
В тех случаях, когда для работы потребителей требуется ток большей силы, чем может дать генератор, например при повороте башни танка электромотором, зарядка аккумуляторной батареи автоматически прекращается, и батарея начинает отдавать свою энергию, помогая генератору в питании потребителей.
Совместная работа генератора и аккумуляторной батареи аналогична совместной работе водяного насоса (генератор) и запасного бака (аккумуляторная батарея), изображенных схематично на рис. 282, вверху. Регулятор напряжения, работа которого описана выше, на этой схеме соответствует редукционному клапану, который не дает повыситься давлению в трубе и таким образом предохраняет потребители от перегрузки, а бак от переполнения. В электрической схеме регулятор напряжения не позволяет заряжать аккумуляторную батарею током чрезмерно большой силы, который может разрушить ее пластины. Кроме того, как уже указывалось, повышение напряжения генератора сверх допустимого опасно для самого генератора.
Насос
Редукционный клапан (давление в трубе постоянно)
Амперметр
Привод генератора
Якорь
Регулятор напряжения (Напряжение постоянное)
Обратный клапан запасной
(вода от бана н насосуJ бак не подаётся) у потребителю
Автоматический выключатель-реле обратного тока Ток от аккумулятора к генератору не проходит
коллектор
щетка
Ж.
Обмотка возбуждения
* батарея
потребителям
Рис. 282. Совместная работа генератора и аккумуляторной батареи
Когда насос не работает, вода поступает к потребителю из бака, и уровень ее в баке понижается. Точно так же, когда не работает генератор, ток идет к потребителям от аккумуляторной батареи, батарея при этом разряжается, и напряжение ее постепенно снижается.
РЕЛЕ ОБРАТНОГО ТОКА
Чтобы вода из бака (см. рис. 282) не перетекала к неработающему насосу и при этом не тратилась бесполезно энергия, в трубе, соединяющей бак с насосом, поставлен обратный клапан. Клапан открывается и пропускает воду только в одном направлении. Когда насос начнет работать и давление, создаваемое им, станет больше давления в баке, клапан откроется, вода пойдет к потребителям и в бак.
В цепи генератор — аккумуляторная батарея электрическим обратным клапаном служит автоматический выключатель — реле обратного тока (рис. 283).
Реле представляет собой электромагнит с двумя обмотками: тонкой — параллельной и толстой — последовательной. Параллельная обмотка включена параллельно щеткам генератора, последовательная — последовательно с аккумуляторной батареей. Пружина стремится держать контакты реле разомкнутыми.
При небольших оборотах коленчатого вала двигателя напряжение генератора невелико. Ток от генератора проходит через параллельную обмотку реле и намагничивает сердечник, но магнитная сила недостаточна, чтобы притянуть сердечник и замкнуть контакты (рис. 283, Л).
Напряжение генератора ниже напряжения аккумуляторной батареи
Напряжение генератора выше напряжения аккумуляторной батареи
Обратный ток, выключающий реле
Рис. 283. Реле обратного тока
С увеличением оборотов возрастают напряжение генератора и сила тока в параллельной обмотке реле. Когда напряжение генератора превысит напряжение батареи, сердечник намагнитится настолько, что притянет якорь и замкнет контакты (рис. 283, Б). Ток от генератора через последовательную обмотку и замкнутые контакты пойдет на зарядку аккумуляторной батареи и питание потребителей.
Когда напряжение генератора вследствие снижения оборотов его якоря станет меньше напряжения батареи, ток пойдет от аккумуляторной батареи к генератору (рис. 283, В).
Проходя по последовательной обмотке в обратном направлении (отсюда и название «реле обратного тока»), ток размагнитит сердечник, и пружина разомкнет контакты. Аккумуляторная батарея не сможет разряжаться через генератор. Это не только предотвратит бесполезную потерю энергии, но и предохранит обмотку яко-
ря от сгорания, а аккумуляторную батарею от порчи, так как сила тока, проходящего через обмотку невращающегося якоря, была бы весьма большой.
Обычно реле обратного тока и регулятор напряжения объединяют в один общий прибор, называемый реле-регулятором.
СТАРТЕР
Стартер представляет собой электромотор постоянного тока, питающийся от аккумуляторной батареи; он предназначен для запуска двигателя.
Рассмотрим принцип работы стартера.
ДВИЖЕНИЕ ПРОВОДНИКА С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Расположим проводник в магнитном поле перпендикулярно к силовым линиям (рис. 284) и пропустим через проводник ток. Если ток направлен так, как показано стрелкой, магнитные силовые линии вокруг проводника будут направлены по часовой стрелке. Тогда с одной стороны проводника направление его магнитных силовых линий совпадет с направлением силовых линий, создаваемых магнитом, а с другой стороны магнитные силовые линии проводника будут направлены противоположно силовым линиям магнита и ослабят или уничтожат действие последних. Значит, с одной стороны силовые линии будут расположены гуще, а с другой — реже. С той стороны, где линии расположены гуще, на проводник будет действовать сила, заставляя его перемещаться в ту сторону, где силовые линии находятся дальше друг от друга. Чем сильнее магнитное поле и больше ток, идущий по проводнику, тем больше сила, действующая на проводник.
Направление движения проводника можно определить по правилу левой руки: если силовые линии входят в ладонь, а сложенные пальцы указывают направление тока, отогнутый под прямым углом большой палец покажет направление движения проводника (рис. 284, справа).
ЭЛЕКТРОМОТОР
Возьмем несколько проводников, уложенных в пазы якоря, и присоединим их концы к коллекторным пластинам, как в генераторе. Якорь поместим в магнитном поле, создаваемом полюсами, на которые намотана обмотка возбуждения. Если теперь подвести к щеткам ток, якорь начнет вращаться, так как по одну стброну каждого проводника силовые линии будут расположены гуще, а по другую реже. Вследствие этого каждый из проводников будет стремиться двигаться в направлении, которое
можно определить, пользуясь правилом левой руки. Силы, действующие на отдельные проводники, складываются. Так как проводники уложены в пазах якоря и могут двигаться только вместе с ним, якорь будет вращаться. Мы получим электромотор — машину, преобразующую электрическую энергию в механическую.
Действие электромотора противоположно действию генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую. По устройству генератор и электромотор ничем не отличаются один от другого. Больше того, генератор и электромотор обратимы: если к щеткам генератора подвести ток, его якорь начнет вращаться — генератор станет электромотором; наоборот, если вращать якорь электромотора, он сам будет вырабатывать электрическую энергию, т. е. превратится в генератор. Это свойство обратимости нередко используется в практике. Так, например, на некоторых танках для зарядки аккумуляторных батарей устанавливался специальный зарядный агрегат, состоящий из небольшого бензинового двигателя, приводящего в действие генератор. Чтобы запустить этот двигатель, генератор используют в качестве электрического стартера, подводя к его щеткам ток от аккумуляторной батареи.
Остановимся теперь на работе электромотора несколько подробнее.
Подведем ток к щеткам и обмотке возбуждения неработающего электромотора. В этом случае сила тока в якоре /я согласно закону Ома равна
где U—напряжение на щетках;
гя — сопротивление обмотки якоря.
Сопротивление якоря всегда очень мало, и сила тока поэтому может достичь огромной величины, что опасно для обмотки якоря. Чтобы исключить эту опасность, в цепь электромотора обычно вводится реостат, позволяющий регулировать силу тока при пуске.
Ток, подведенный к щеткам- электромотора, заставляет его якорь вращаться. Выше было показано, что при вращении якоря генератора в магнитном поле создается электродвижущая сила в обмотке якоря. Очевидно, электродвижущая сила будет возникать также и в обмотке вращающегося якоря электромотора. Если учесть, что направление вращения якоря определяют, пользуясь правилом левой руки, а направление электродвижущей силы, возникающей в его обмотке, — правилом правой руки, будет ясно, что электродвижущая сила направлена против напряжения, подводимого к электромотору, поэтому ее называют противоэлек-тродвижущей силой.
Таким образом, когда якорь электромотора вращается, источник тока и электромотор можно рассматривать как два источника тока с разными электродвижущими силами, соединенные параллельно; их электродвижущие силы направлены друг против друга. Ток пойдет от источника с большим напряжением к источнику с меньшим, т. е. к электромотору, а сила тока определится по формуле
__ Г7-—£пр /я гл ’
где Е*11р — противоэлектродвижущая сила, которая всегда меньше подводимого напряжения;
гя — сопротивление обмотки якоря;
/я — сила тока в обмотке якоря.
Явление противоэлектродвижущей силы — сложное и понимается с трудом. Чтобы легче усвоить его, можно представить себе, что ток от генератора внезапно перестал поступать к работающему электромотору, но якорь электромотора продолжает вращаться по инерции. Такой электромотор ничем не будет отличаться от обычного генератора, и величина его электродвижущей силы, как всегда, определится числом оборотов якоря и магнитным потоком полюсов, а ее направление — правилом правой руки. То же самое должно происходить и при поступлении тока от генератора.
Величина противоэлектродвижущей силы электромотора, как и электродвижущей силы генератора, зависит от магнитного потока полюсов и числа оборотов якоря; поэтому одну и ту же противоэлектродви-жущую силу можно получить при малом магнитном потоке и больших оборотах или при большом магнитном потоке и малых оборотах. Отсюда следует важный вывод: чем больше магнитный поток полюсов электромотора, тем меньше его обороты, следовательно, число оборотов электромотора можно изменять, меняя магнитный поток, и чем выше напряжение, подводимое к электромотору, тем больше число его оборотов.
Ранее говорилось, что якорь электромотора вращается в результате взаимодействия магнитных силовых линий полюсов и проводников самого якоря. Чем сильнее магнитный поток полюсов и больше ток в проводниках якоря, тем гуще будут расположены силовые линии по одну сторону проводника и реже по другую сторону, т. е. тем больше сила, толкающая проводник, а с ним и якорь. Поскольку крутящий момент равен произведению этой силы на плечо, величина которого постоянна, крутящий момент электромотора зависит от магнитного потока и силы тока в якоре.
ЭЛЕКТРОМОТОР С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
Электромотор, подобно рассмотренному нами выше генератору, может быть с параллельным возбуждением.
Электромотор такого типа применяется, например, для вентилятора боевого отделения танка. Однако стартер (а в ряде случаев и электромотор поворота башни) является электромотором другого типа — с последовательным возбуждением. Обмотка возбуждения такого электромотора соединяется с обмоткой якоря последовательно, как показано на рис. 285; поэтому через обмотку возбуждения проходит весь ток, идущий в обмотку якоря.
Эта особенность электромотора с последовательным возбуждением имеет большое значение.
От источника
Рис. 285. Схема электромотора с последовательным возбуждением
Обмотка возбуждения
Рис. 286. Характеристика электромотора с последовательным возбуждением
Пусть якорь вращается с определенным числом оборотов, преодолевая некоторое сопротивление, допустим, прокручивает коленчатый вал при запуске двигателя. Если сопротивление увеличится, то крутящий момент на якоре не сможет его преодолеть. Обороты якоря начнут падать. Но с уменьшением числа оборотов якоря уменьшится и противоэлектродвижу-щая сила. Вследствие
этого увеличится сила тока в якоре и в последовательно соединенной с ним обмотке возбуждения. Как то, так и другое приведет к возрастанию крутящего момента электромотора. Крутящий момент будет увеличиваться до тех пор, пока не станет достаточным для преодоления возросшего сопротивления. Наоборот, если сопротивление упадет, обороты якоря возрастут. Таким образом электромотор сам приспособляется к изменяющемуся сопротивлению, причем крутящий момент увеличивается значительно быстрее, чем возрастает сила тока. Так, чтобы увеличить крутящий момент вчетверо, требуется повысить силу тока примерно в 2 раза, и т. д.
На малых оборотах крутящий момент электромотора с последовательным возбуждением может быть очень большим (рис. 286). Это особенно важно для стартера, так как сопротивление прокручиванию коленчатого вала в начале запуска двигателя особенно велико.
У электромотора с параллельным возбуждением крутящий момент также возрастает в случае падения оборотов, но не так резко, поскольку ток в обмотке возбуждения, присоединенной параллельно источнику, при этом не увеличивается и крутящий момент возрастает только вследствие увеличения силы тока в обмотке якоря; поэтому электромоторы с параллельным возбуждением выгоднее применять там, где сопротивление меняется незначительно и электромотор должен развивать примерно постоянные обороты, как в уже упомянутом электромоторе вентилятора.
МОЩНОСТЬ СТАРТЕРА
Вращающийся вал электромотора совершает механическую работу, развивая определенную мощность. Эта мощность может быть определена по уже известной нам формуле
Здесь мощность N выражается через крутящий момент М и обороты якоря стартера п. Это мощность, отдаваемая электромотором. Мощность электрического тока, подведенного к стартеру, больше, чем та, которую стартер отдает двигателю. Как и в двигателе внутреннего сгорания, переход энергии из одного вида в другой связан с потерями. Часть электрической энергии превращается в тепловую и расходуется на нагрев обмоток электромотора. Эта часть будет тем больше, чем сильнее
ток и больше сопротивление проводников; поэтому обмотки стартера всегда изготовляются из толстой медной проволоки. Но и полученная на валу якоря механическая работа не может быть использована целиком. Некоторая доля ее будет затрачена на преодоление трения в подшипниках якоря, трения щеток о коллектор и т. д. В целом в полезную работу превратится лишь около 70% работы, совершенной электрическим током.
Мощность, развиваемая электрическим током, определяется напряжением и силой тока, проходящего через проводник. Действительно, как указывалось выше, напряжение определяет величину энергии, которой обладает единица количества электричества, а значит, и ту работу, которую это количество электричества может совершить. Поэтому работа электрического тока будет равна произведению напряжения на количество электричества, а работа в единицу времени, или мощность, — произведению напряжения на силу тока (так как сила тока — это количество электричества, проходящего по проводнику в единицу времени).
Умножив напряжение (в вольтах) на силу тока (в амперах), найдем мощность, выраженную в ваттах (сокращенно вт). Мощность электрического тока обозначают буквой Р:
P=UI.
1000 вт равны одному киловатту (сокращенно кет), или 1,36 л. с.; 1 вт равен 0,00136 л. с.
Пусть стартер приводится в действие аккумуляторной батареей под напряжением 20 в, а сила тока, проходящего через стартер, 7 = 750 а. Тогда Р= 20-750= 15 000 вт, или 15 кет. В полезную работу превращается примерно 0,7 всей затраченной энергии. Поэтому мощность, развиваемая стартером, составит 15- 0,7 = 10,5 кет, или 10,5- 1,36= 14,3 л. с.
Одну и ту же мощность можно получить при большем напряжении и меньшей силе тока или наоборот. Так, мощность 10 кет может быть получена при напряжении 10 в и токе 1000 а или при напряжении 20 в и токе 500 а.
Чем больше сила тока, тем большая часть напряжения теряется: в проводах, соединяющих стартер с источниками тока; поэтому большая мощность, необходимая для стартеров средних и тяжелых танков, достигается, прежде всего, путем повышения напряжения источников электрической энергии до 24 в, в то время как на легких танках оно составляет 12 в, а на автомобилях иногда 6 в.
Как уже упоминалось, необходимая для запуска двигателя мощность стартера достигает 1 л. с. на 100 л. с. мощности бензинового двигателя и 3 л. с на 100 л. с. мощности дизеля; поэтому на средних и тяжелых танках ставят стартеры мощностью 12—15 л. с. (около 10 кет);. потребляемая ими мощность электрического тока составляет около 15 кет. При нормальном напряжении батареи 24 в, падающем во время запуска до 18—20 в, сила тока будет равна
В первый момент запуска сила тока достигает 1000 а, а зимой при более трудном запуске двигателя — 2000—2300 а, что соответствуеа мощности свыше 40 кет. Ток такой силы очень вреден для аккумуляторных батарей. Пользоваться стартером длительное время (более 3—5 секунд) без перерыва недопустимо.
УСТРОЙСТВО СТАРТЕРА. РЕЛЕ ПРИВОДА
На рис. 287 показан стартер. По устройству он мало чем отличается от генератора. Якорь стартера соединяется с коленчатым валом двигателя через передаточный механизм. Передаточный механизм состоит из пары шестерен, одна из которых, ведущая, связана с якорем стартера, а другая, ведомая, — с коленчатым валом. Ведомая шестерня обычно выполняется в виде зубчатого венца, жестко закрепленного на маховике двигателя. Передаточный механизм обеспечивает сравнительно небольшое число оборотов коленчатого вала при достаточно большом крутящем моменте, необходимом для прокручивания вала при запуске двигателя.
Шестерня стартера не должна быть постоянно сцеплена с маховиком, иначе, после того как двигатель запустится, не якорь стартера будет проворачивать коленчатый вал, а коленчатый вал начнет вращать якорь. При этом якорь приобретет огромную скорость — несколько тысяч оборотов в минуту и может выйти из строя. Поэтому в передаточном механизме стартера должно быть предусмотрено выключающее устройство, которое вводило бы шестерню стартера в зацепление с венцом маховика только на время запуска двигателя. Эти устройства могут быть различными. Одно из них — реле привода — показано на рис. 287.
Реле .привода вводит шестерню в зацепление и в то же время включает обмотки стартера под полное напряжение батареи не сразу, а в два приема.
При нажатии на кнопку стартера ток от аккумуляторной батареи поступает в основную (параллельную) и дополнительную (последовательную) обмотки реле. Магнитное поле, создаваемое обмотками, втягивает сердечник, который через рычаг включения передвигает шестерню и вводит ее в зацепление с венцом маховика. Одновременно через дополнительную обмотку реле ток проходит в обмотки возбуждения и якоря стартера. Вследствие того, что сопротивление дополнительной обмотки реле сравнительно велико, сила тока в обмотках стартера будет невелика, и якорь будет вращаться медленно. В результате шестерня стартера войдет в зацепление с венцом маховика плавно и без удара.
Когда шестерня и венец будут полностью сцеплены, сердечник в конце своего хода замкнет подвижный и неподвижный контакты реле. Так как сопротивление контактов ничтожно мало по сравнению с сопротивлением дополнительной обмотки, ток пойдет от плюса аккумуляторной батареи через замкнутые контакты, минуя дополнительную обмотку реле; -обмотки стартера окажутся под полным напряжением батареи. Якорь будет вращать коленчатый вал, пока двигатель не запустится.
Магнитное поле, удерживающее сердечник реле, создается током, проходящим по основной обмотке реле, включенной параллельно зажимам аккумуляторной батареи. Когда двигатель запустится, ток в основной обмотке реле выключится либо автоматически (см. ниже «Пусковое реле»), либо после того, как прекратится нажатие на кнопку. Сердечник, возвращаясь в нерабочее положение под действием пружины (на схеме не показана), разобщит шестерню и венец; при этом контакты разомкнутся, и ток поступать к стартеру не будет.
Чтобы предохранить якорь стартера от разрушения в том случае, когда шестерня и венец почему-либо не разъединятся, между якорем и шестерней стартера вводится предохранительное устройство. Таким устройством обычно является фрикционная муфта, автоматически разобщающая шестерню стартера и вал его якоря после запуска.
477
Рис» 287. Устройство стартера
Фрикционная муфта дает также возможность якорю стартера вращаться за счет ее пробуксовки, если коленчатый вал почему-либо не проворачивается, и смягчает удар между шестерней и венцом в первый момент запуска.
ПУСКОВОЕ РЕЛЕ
В рассмотренной нами схеме ток проходит от аккумуляторной батареи к дополнительной обмотке реле стартера через кнопку.
Большая сила така вызывает между контактами кнопки в момент замыкания сильную искру. Если на кнопку нажать слабо, контакты замыкаются неплотно, ввиду чего искрение может продолжаться и при работе стартера. В результате контакты кнопки обгорают, образовавшаяся на них окалина создает большое сопротивление для тока и уменьшает надежность работы стартера.
Чтобы уменьшить силу тока, проходящего через кнопку, ток включают в реле стартера при помощи специального устройства — пускового -реле (рис. 288).
Оно представляет собой соленоид с подвижным железным сердечником. К сердечнику присоединен якорек. Один конец обмотки соленоида соединен с плюсом аккумуляторной батареи через кнопку стартера, второй выведен на массу.
Рис. 288. Схема пускового реле стартера
Рис. 289. Автоматическое выключение
стартера после запуска двигателя
При нажатии на кнопку ток от плюса аккумуляторной батареи проходит через соленоид. Магнитное поле втягивает сердечник, и якорек замыкает контакты реле. Ток большой силы проходит теперь кратчайшим путем от аккумуляторной батареи, минуя кнопку, к реле привода. Когда кнопку отпустят, пружина разомкнет контакты, и ток в цепи прекратится.
Сила тока, проходящего через соленоид и кнопку, незначительна, поэтому искрения в кнопке не будет. Искра может проскакивать между якорьком и контактами пускового реле (за этими контактами необходим тщательный уход), но якорек, удерживаемый магнитом, надежно замыкает контакты. Такого надежного замыкания трудно добиться, когда контакты включаются непосредственно кнопкой.
Если механик-водитель случайно наймет на кнопку при работающем двигателе, стартер может выйти из строя. Чтобы избежать этого, а также обеспечить выключение стартера сразу же после запуска двигателя, на некоторых танках применяются особые схемы с автоматическим выключением тока, питающего стартер, после запуска двигателя. Такие схемы делают также невозможным случайное включение стартера при работающем двигателе.
Одна из таких схем показана на рис. 289. Здесь один конец обмотки пускового реле соединен через кнопку с плюсом аккумуляторной батареи, а второй — с плюсовой щеткой генератора. Если нажать на кнопку при неработающем двигателе (рис. 289, Л), ток от плюса аккумуляторной батареи пойдет через кнопку, обмотку пускового реле (контакты реле замкнутся), плюсовую щетку генератора, якорь генератора, минусовую щетку на массу и по массе вернется к минусу аккумуляторной батареи.
Когда двигатель запустится, якорь генератора будет вращаться, и на зажимах генератора возникнет напряжение. Уже при малых оборотах вала двигателя напряжение генератора становится равным напряжению аккумуляторной батареи; поэтому ток проходить через обмотку не будет, и пружина разомкнет контакты реле, хотя кнопка при этом может оставаться включенной (рис. 289,Б).
В действительности контакты разомкнутся еще до того, как напряжение генератора сравняется с напряжением аккумуляторной батареи, так как сила тока в обмотке начнет уменьшаться, как только двигатель заработает. С уменьшением силы тока уменьшится магнитный поток соленоида, и пружина разомкнет контакты.
Если нажать на кнопку при работающем двигателе, пусковое реле не включится потому, что на концах его обмотки не будет разности напряжений.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА БАШНИ
Для поворота башни танка весьма часто используют электрический привод, основным механизмом которого является электромотор.
В качестве электромотора для механизма поворота башни может применяться электромотор с последовательным возбуждением. Он отличается от стартера тем, что его якорь имеет возможность вращаться в обе стороны. По правилу левой руки следует, что направление вращения якоря зависит от направления магнитного потока полюсов и направления тока в обмотке якоря. Направление магнитного потока изменится, если изменить направление тока в обмотке возбуждения электромотора; поэтому электромотор механизма поворота башни должен иметь
Медленная ступень
Переключатель скорости
быстрая ступень Средняя ступень
Направление тока в обмотке возбуждения и направление вращения якоря изменилась
Рис. 290. Схема управления электромотором поворота башни
Сопротивления Обмотка возбуждения
в действительности
• 290
переключатель, который менял бы направление тока в обмотке возбуждения, не меняя направления тока в обмотке якоря. Принципиальная схема такого переключателя (реверса) показана на рис. 290.
Для изменения скорости вращения башни необходимо менять число оборотов якоря электромотора. Этого можно достигнуть включением нескольких сопротивлений в цепь обмотки якоря электромотора. На рис. 290 таких сопротивлений два.
При верхнем положении переключателя оба сопротивления выключены, благодаря чему якорь, а значит, и башня вращаются с большой скоростью. Когда переключатель переводится в среднее положение, включается одно сопротивление, и башня вращается со средней скоростью. При нижнем положении переключателя включены оба сопротивления, и башня вращается медленно.
Переключатели направления и скорости, показанные на объединены. При повороте ру
коятки в какую-либо сторону башня начинает медленно вращаться в ту же сторону; скорость поворота увеличивается в зависимости от угла поворота рукоятки.
Такое устройство не допускает плавного изменения скорости поворота башни. Башня может вращаться с несколькими вполне определенными скоростями (в нашем примере три), если только крутящий момент, необходимый для вращения башни, не меняется. В противном случае будут меняться и обороты. На средней и особенно низшей скорости вращения башни значительная часть энергии источника бесполезно тратится на нагрев сопротивлений.
Плавно изменять скорость вращения якоря и избежать больших потерь на нагрев можно, если в качестве источника тока для питания электромотора поворота башни использовать не аккумуляторную батарею, а генератор, приводимый во вращение двигателем танка или специальным вспомогательным двигателем. Так как число оборотов электромотора зависит от подводимого к нему напряжения, его обороты изменяются по мере изменения напряжения генератора. Схема питания электромотора от генератора показана на рис. 291.
Обмотка возбуждения генератора питается током от аккумуляторной батареи через контакты (или добавочное сопротивление) регулятора напряжения, такого же, как регулятор, описанный ранее. Обмотка регулятора присоединена параллельно щеткам генератора, но в цепь ее
Обмотка
'И-Н|111|1р-"
Пружина
Добавочное сопротивление
Регулятор напряжения,
- о—
Контакты
Генератор
Реостат
=^i С увеличением сопротивления в цепи обмотки регулятора напряжения ЭДС генератора увеличивается
Электромотор
возбуждения
Рис. 291. Схема электромотора поворота башни с питанием от специального генератора
включен реостат, при помощи которого и можно -изменять напряжение генератора.
Пусть реостат выключен (сплошная стрелка реостата на рис. 291). Когда напряжение генератора достигнет определенной величины, допустим 2 в, ток, проходящий по обмотке регулятора, намагнитит сердечник настолько, что контакты разомкнутся. Регулятор начнет работать точно так же, как работает регулятор напряжения основного генератора, т. е. его контакты будут замыкаться и размыкаться, а среднее напряжение генератора будет поддерживаться равным 2 в.
Передвинем ползунок реостата (пунктирная стрелка на рис. 291). Увеличение сопротивления в цепи обмотки регулятора вызовет уменьшение силы тока, и контакты перестанут размыкаться. Напряжение генератора начнет расти. При какой-то новой величине напряжения, скажем 4 в, сила тока опять станет достаточной для того, чтобы разомкнуть контакты. Тогда регулятор вновь вступит в работу, но будет поддерживать напряжение уже не 2, а 4 в.
Чем больше сопротивление в цепи обмотки регулятора, тем выше напряжение генератора. Напряжение можно изменять плавно и в широких пределах, а так как сила тока в обмогке регулятора очень невелика, то потеря энергии в реостате ничтожна.
С изменением напряжения генератора изменяется и сила тока в обмотке якоря электромотора. Но магнитный поток полюсов электромотора не меняется (обмотки возбуждения электромотора, как и генератора, питаются от аккумуляторной батареи), поэтому чем выше напряжение генератора, тем быстрее вращается якорь электромотора.
Управление поворотом баш-ии производится рукояткой, связанной с ползунком реостата. Чем больше угол поворота рукоятки, тем быстрее поворачивается башня; причем скорость ее вращения может меняться в весьма широких пределах. С этой же рукояткой связан переключатель тока, при помощи которого меняется направление вращения башни (на схеме не показан).
ОБЩАЯ СХЕМА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
В начале главы были рассмотрены основные приборы электрооборудования и показано на схеме их размещение в танке. Теперь вернемся к общей схеме.
Типовая схема электрооборудования танка показана на рис. 292.
Как уже указывалось, все потребители и источники тока соединены по однопроводной системе так, что вторым проводником электрического тока служат металлические части танка — масса. Исключением является так называемый аварийный щиток, соединенный с батареей по двухпроводной системе. Щитком можно пользоваться при выключенной массе, что необходимо, наоример, при ремонте проводки.
Для предотвращения разрядки аккумуляторной батареи на стоянке и для быстрого отключения источников тока от потребителей при коротком замыкании в цепи служит главный выключатель, обычно называемый выключателем батарей или выключателем массы (он установлен между минусом аккумуляторной батареи и массой танка).
К потребителям, которые питаются током большой силы (стартер, электромотор поворота башни), провода подводятся непосредственно от аккумуляторной батареи. Все остальные потребители, кроме присоединенных к аварийному щитку, получают питание через щиток водителя: к щитку водителя подведены провода от аккумуляторной батареи и генератора. Плюсовая щетка генератора соединена со щитком через реле обратного тока.
На щитке установлены выключатели и кнопки для включения отдельных потребителей. Здесь же находятся контрольные приборы: амперметр, показывающий силу тока, заряжающего или разряжающего аккумуляторную батарею, и вольтметр, показывающий напряжение в сети; вольтметр позволяет судить о степени заряженности аккумуляторной батареи.
Провода от источников электрической энергии к потребителям, находящимся во вращающейся башне, подводят через вращающееся контактное устройство (ВКУ) 22, чтобы они не скручивались.
Ток от источников подводится к щеткам, связанным с неподвижным корпусом ВКУ. Пружины прижимают щетки к кольцам, образующим ротор. От колец ток по проводам, уложенным в трубе (см. рис. 247), поступает к потребителям в башне. Как показано на рисунке, труба с проводами идет от ВКУ к башне. Она вращается вместе с башней и, следовательно, вращает при этом ротор ВКУ-
На нашей схеме ВКУ имеет три кольца (см. рис. 292). Через одно из них ток проходит непосредственно от аккумуляторной батареи к электрическому приводу механизма поворота башни. Второе связывает шиток водителя с щитком башни. Наконец, третье служит для соединения массы корпуса с массой башни: провод от щетки соединен с корпусом танка, провод от кольца — с башней. Это необходимо для того, чтобы уменьшить сопротивление току, возвращающемуся по массе к минусу источника. Башня установлена на шариковой опоре, и шарики смазываются, поэтому электрическое сопротивление может быть здесь очень большим. Кроме того, ток, проходящий через опору, может вызвать химические процессы, вследствие которых поверхность шариков будет окисляться.
В системе электрооборудования танка большую опасность представляют короткие замыкания, т. е. соединение зажимов источника тока между собой через проводник очень малого сопротивления. Сила тока при этом бывает огромной. Помимо того, что разрядка аккумулятора 282
Рис. 292. Схема 'электрооборудования танка:
Z — фара; 2 — сигнал; 3—амперметр; 4 — лампочка освещения щитка; 5 — вольтметр; 6 — выключатель лампочки щитка; 7 — выключатель заднего фонаря; 8 — выключатель большого света фары; 9— выключатель малого света фары; 10—кнопка сигнала; 11 — кнопка стартера; 12— предохранитель; 13— выключатель массы; 14 — аварийный плафон; 15—аварийный щиток; 16 — розетка для переносной лампы; 17 — выключатель аварийного плафона; 18 — реле-регулятор; 19 — лампочки освещения прицелов; 20 — щиток башни; 21 — плафон башни; 22 — вращающееся контактное устройство (ВКУ); 23 — мотор поворота башни; 24 — переносная лампа; 25 — вентилятор; 26 — выключатель мотора вентилятора; 27 —главные предохранители; 28 — аккумуляторные батареи; 29 — генератор; 30 — пусковое реле стартера; 31 — стартер; 32 — задний фонарь g
токами весьма большой силы вредна для него, короткое замыкание создает опасность пожара: провода сильно нагреваются током, а в месте замыкания возникает искрение.
Короткое замыкание особенно вероятно при однопроводной системе, так как для этого достаточно, чтобы провод вследствие повреждения изоляции коснулся корпуса танка или какого-либо механизма, не 'изолированного от корпуса.
Чтобы предохранить от разрядки аккумуляторную батарею и устранить опасность пожара при коротком замыкании, в сети ставят плавкие предохранители или предохранительные реле.
Плавкий предохранитель — это тонкая проволока, обычно заключенная в стеклянную трубку. Действие предохранителя основано на превращении электрической энергии в тепловую. Количество тепла, выделяющегося в проводнике при прохождении электрического тока, тем больше, чем сильнее ток. При значительном возрастании силы тока, особенно при коротком замыкании, волосок предохранителя перегревается и плавится, размыкая цепь. В разные цепи ставятся предохранители, рассчитанные на различную силу тока. Чем толще волосок, тем большую силу тока он выдерживает.
Предохранительное реле представляет собой электромагнит, размыкающий контакты в цепи, когда сила тока в ней превысит допустимую.
Предохранители служат не только для защиты аккумуляторной батареи и предотвращения пожара при коротких замыканиях; они защищают также некоторые приборы электрооборудования от порчи при возникновении неисправностей в цепи. Так, предохранитель зарядной цепа защищает аккумуляторную батарею от зарядки чрезмерно сильным током при нарушении работы реле-регулятора (регулятора напряжения), а обмотки генератора от сгорания при спекании контактов реле. Предохранитель в цепи электромотора механизма поворота башни перегорает, если электромотор будет включен при застопоренной или заклиненной башне, и т. д.
В нашей схеме (см. рис. 292), кроме главных предохранителей, расположенных в основных цепях — зарядной, электромотора поворота башни и аварийного щитка, имеются предохранители в цепях отдельных приборов. Эти предохранители, установленные на щитке водителя и щитке башни, перегорают в случае неисправности в цепи данного потребителя. Они рассчитаны на более слабый ток и должны перегорать раньше главных предохранителей, чтобы выход из -строя одного потребителя не отражался на работе остальных. Наличие этих предохранителей облегчает также нахождение неисправностей в цепи.
Пользуясь схемой (см. рис. 292), нетрудно проследить путь тока от источника к любому из потребителей. Для примера на схеме показан сплошными стрелками путь зарядного тока от плюса генератора 29 через реле-регулятор 18 и щиток водителя, через один из главных предохранителей 27 к аккумуляторной батарее 28 и от нее через выключатель массы 13 и корпус танка — к минусу генератора. Прерывистыми стрелками показан путь тока возбуждения от реле-регулятор а 18 к среднему зажиму генератсра, соединенному с обмоткой возбуждения.
В системе электрооборудования нередко возникают неисправности. Наиболее частые неисправности — обрыв цепи и короткое замыкание.
Когда какой-либо из потребителей или группа их, имеющая общий предохранитель, не работает, необходимо, прежде всего, проверить предохранитель потребителя и, если он перегорел, заменить его. Немедленное перегорание нового предохранителя свидетельствует о коротком замыкании в цепи — в проводах или внутри самого потребителя.
Рис. 293. Отыскание неисправностей при помощи контрольной лампочки
Если предохранитель в порядке, то причиной неисправности служит либо порча самого.потребителя, например перегорание лампочки, либо обрыв цепи. Поскольку провода уложены в трубках,-обнаружить обрыв часто бывает трудно. Легче всего найти место обрыва при помощи контрольной лампочки, подключая один ее провод к точкам, где провода выводятся наружу, а другой — к корпусу танка (или к какому-либо механизму, не изолированному от корпуса). Если лампочка горит, данный участок цепи исправен. Проверка цепи при помощи контрольной лампочки показана на рис. 293.
ЗАЖИГАНИЕ РАБОЧЕЙ СМЕСИ
Рабочая смесь в цилиндрах карбюраторного двигателя воспламеняется электрической искрой высокого напряжения—15 000—20 000 в. Проскакивая через зазор между электродами свечи, ввернутой в головку цилиндра, искра зажигает сжатую и нагретую до высокой температуры рабочую смесь. Высокое напряжение необходимо для того, чтобы ток смог пройти через зазор между электродами.
Приборы и устройства, вырабатывающие ток высокого напряжения, распределяющие его по цилиндрам в порядке их работы и обеспечивающие создание искры, образуют систему зажигания.
На двигателях применяют либо батарейное зажигание, либо зажигание от магнето. Главное различие между ними состоит в том, что источником электрической энергии низкого напряжения служит в первом случае аккумуляторная батарея, во втором — специальный прибор, называемый магнето.
БАТАРЕЙНОЕ ЗАЖИГАНИЕ
В системе батарейного зажигания (рис. 294) источником электрической энергии низкого напряжения служит аккумуляторная батареяг; преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения происходит в катушке зажигания.
Катушка зажигания состоит из двух обмоток: первичной, имеющей небольшое число витков толстого провода, и вторичной, с очень большим числом витков тонкого провода. Обе обмотки намотаны на железный сердечник, от которого они тщательно изолированы.
1 При замкнутых контактах реле обратного тока источником питания для системы зажигания, как и для других потребителей, служит генератор.
286
Запальная свеча
Выключатель
»
И1ЛЛ1
Распределитель
Корпус свечи
Централь-Ьный стер-I]жень ^.Изолятор
Первичная обмотка (толстая)
Вторичная обмотка (тонкая)
Сердечник
доковой 'электрод Центральный электрод
Ротор Контакт
Z Акнумуля-торная батарея
неподвижный vПодвижный контакт контакт
Генератора
Рис. 294. Схема батарейного зажигания
Катушка зажигания
Амперметр
Конденсатор
ЖШШШ I
кулачковая шайба
Катушка--
зажигания
Р Прерыватель
Выше указывалось, что при пересечении проводником магнитных силовых линий в нем возникает электродвижущая сила. При этом совершенно безразлично, двигается ли проводник относительно’ магнита или магнит относительно проводника. Так, если вдвигать постоянный магнит в соленоид, замкнутый на гальванометр, стрелка гальванометра покажет наличие тока в цепи (рис. 295). Когда магнит остановится, ток прекратится. Если теперь выдвигать магнит из соленоида, стрелка вновь отклонится, но уже в обратную сторону.
Величина электродвижущей силы, возникающей в соленоиде, определяется силой магнита и скоростью его движения. Поскольку электродвижущая сила возникает в каждом витке, а они соединены между собой последовательно, общая электродвижущая сила будет равна сумме отдельных электродвижущих сил, как при последовательном соединении аккумуляторов. Иначе говоря, электродвижущая сила будет тем больше,, чем больше витков в соленоиде.
Направление тока в соленоиде определяется следующим правилом: если ввертывать буравчик так, чтобы он двигался в ту же сторону, что и северный полюс магнита, ток будет направлен в сторону, противо-
Рис. 295. Возникновение электродвижущей силы в соленоиде при движении магнита. Чем быстрее движется магнит, тем больше электродвижущая сила соленоида
Рис. 296. При включении и выключении тока в малой катушке возникает электродвижущая сила в большой катушке
положную вращению рукоятки буравчика (т. е. против часовой стрелки, если смотреть со стороны южного полюса) .
Магнитное поле, возникающее вокруг витков соленоида, препятствует движению магнита, т. е. стремится вытолкнуть его, когда он вдвигается, и удержать его, когда он выдвигается. На рис. 295 направление тока соответствует направлению движения магнита из соленоида.
Тот же результат можно получить, если вдвигать внутрь соленоида не постоянный магнит, а другой соленоид, по которому проходит ток от источника, поскольку такой соленоид ничем не отличается от постоянного магнита. Если в соле
ноид вставить железный сердечник, магнитное поле его значительно усилится, и электродвижущая сила станет во много раз больше, чем при движении постоянного магнита.
Заменив постоянный магнит катушкой (соленоидом), можно, не двигая последнюю, навести электродвижущую силу в другой катушке. В самом деле, прервем ток во внутренней, малой катушке (рис. 296). Магнитное поле исчезнет. Это равносильно тому, как если бы мы с огромной скоростью вынули магнит из наружной, большой, катушки; силовые линии исчезающего магнитного поля пересекут ее витки и создадут в них электродвижущую силу.
Включим вновь ток в малой катушке. Вокруг нее образуется магнитное поле. При его возникновении силовые линии опять пересекают витки большой катушки; в этом случае мы как бы вдвигаем в нее магнит.
Включая и выключая ток в малой катушке, будем каждый раз создавать электродвижущую силу в витках большой катушки.
Присоединим первичную обмотку катушки зажигания к зажимам источника через прерыватель, состояший из кулачковой шайбы и двух контактов — подвижного и неподвижного (рис. 294 и 297). Контакты замыкаются дружиной и размыкаются, когда кулачок шайбы отводит подвижный контакт от неподвижного.
В момент размыкания контактов прерывателя ток в первичной обмотке прерывается, поэтому в витках вторичной обмотки возникает электродвижущая сила. Так как число витков вторичной обмотки очень велико (до 20 000), то электродвижущая сила и напряжение вторичной
обмотки достигают 15 000—20 000 в, в то время как напряжение аккумуляторной батареи, питающей первичную обмотку, обычно равно всего лишь 6—12 в.
Кулачковая шайба прерывателя укрепляется на валике, приводимом во вращение передачей от коленчатого вала двигателя. Число кулачков на шайбе обычно равно числу цилиндров. Если двигатель четырехтактный, валик вращается вдвое медленнее коленчатого вала. Следовательно, за два оборота коленчатого вала первичная цепь будет разрываться столько раз, сколько цилиндров имеет двигатель (столько же раз во вторичной обмотке возникнет электродвижущая сила), т. е. в каждый цилиндр может быть подано по одной искре за два оборота коленчатого вала (электродвижущая сила, возникающая при замыкании контактов, не используется).
Параллельно контактам прерывателя устанавливается конденсатор, который предназначен для устранения искрения между контактами и для бы-
Рис. 297. Принципиальная схема включения катушки зажигания
строго прекращения тока в первичной
цепи при их размыкании. Это позволяет повысить электродвижущую силу во вторичной обмотке. На явлениях, связанных с работой конденсатора,
мы не останавливаемся.
Распределение тока высокого напряжения по цилиндрам осуществляется распределителем (см. рис. 294), состоящим из ротора и неподвижных контактов. Ротор соединяется с одним концом вторичной обмотки; другой конец ее выведен на массу. Каждый из неподвижных контактов соединен со свечой одного из цилиндров. Соединение производится так, чтобы искра подавалась к свечам в порядке работы цилиндров.
Ротор обычно насаживается на валик прерывателя; вращаясь вместе с ним, ротор обходит неподвижные контакты. В моменты размыкания первичной цепи вторичная цепь замыкается через ротор, неподвижный контакт распределителя и свечу.
Центральный электрод свечи и стержень, по которому подводится ток, изолированы от массы, а боковые электроды, заделанные в корпусе свечи, не изолированы. С центрального электрода на боковой ток высокого напряжения проходит в виде искры, которая и воспламеняет рабочую смесь.
УСТАНОВКА ЗАЖИГАНИЯ. ОПЕРЕЖЕНИЕ ЗАЖИГАНИЯ
Чтобы воспламенение в цилиндрах двигателя происходило в порядке их работы и в нужный момент, необходимо правильно установить зажигание. Чаще всего зажигание устанавливают по первому цилиндру. Для этого, поворачивая коленчатый вал двигателя, добиваются, чтобы
поршень первого цилиндра находился в таком положении, при котором смесь должна воспламеняться на малых оборотах. Обычно смесь должна воспламеняться в тот момент, когда коленчатый вал еще не дошел до верхней мертвой точки в конце такта сжатия на угол, не превышающий 5—10° Момент зажигания указывается в паспорте двигателя. После установки поршня первого цилиндра в соответствующее положение прерыватель поворачивают так, чтобы кулачковая шайба начинала размыкать контакты, и закрепляют его в этом положении. Контакт распределителя, против которого находится ротор, соединяют проводом со свечой первого цилиндра. Провода к свечам остальных цилиндров присоединяют в порядке работы цилиндров.
Опережение зажигания необходимо изменять в зависимости от числа оборотов двигателя; воспламенение рабочей смеси должно происходить тем раньше, чем больше обороты коленчатого вала.
Изменение опережения зажигания производят вручную или автоматически. Для автоматического изменения чаще всего применяют центробежный регулятор опережения зажигания, действующий подобно центробежному регулятору двигателя. Грузики регулятора опережения поворачивают кулачковую шайбу на валике прерывателя, изменяя тем самым опережение. Если повернуть шайбу в направлении вращения, выступ ее раньше соприкоснется с рычажком подвижного контакта прерывателя и разорвет цепь; следовательно, раньше проскочит искра между эчектро-дами свечи. Если кулачковую шайбу повернуть в противоположном направлении, опережение зажигания уменьшится.
При ручном опережении зажигания поворачивают не кулачковую шайбу, а пластину с контактами прерывателя. Поворачивая пластину в направлении вращения шайбы, уменьшают опережение; поворачивая в противоположном направлении, — увеличивают.
Останавливают двигатель обычно путем выключения тока в первичной обмотке катушки зажигания с помощью выключателя зажигания. В этом случае воспламенение смеси прекращается, и двигатель останавливается. Если двигатель остановлен другим способом, зажигание необходимо немедленно выключить.
Оставлять зажигание включенным при неработающем двигателе нельзя. Контакты прерывателя могут случайно оказаться замкнутыми, ток будет непрерывно течь по первичной обмотке катушки зажигания и нагревать ее; при этом может расплавиться изоляционная масса, которой залита катушка.
ЗАЖИГАНИЕ ОТ МАГНЕТО
Катушка зажигания преобразует ток низкого напряжения, получаемый от аккумуляторной батареи, в ток высокого напряжения. Магнето само вырабатывает ток низкого напряжения, а затем преобразует его в ток высокого напряжения.
Магнето (рис. 298) устроено следующим образом. Якорь, представляющий собой постоянный магнит, приводится во вращение передачей от коленчатого вала двигателя. Полюсы якоря расположены между неподвижными полюсными башмаками магнето. На башмаках укреплен сердечник катушки, ничем не отличающейся от только что рассмотренной катушки батарейного зажигания. Концы ее первичной обмотки замыкаются через прерыватель на массу. Вторичная обмотка через распределитель соединена с запальными свечами. Схема магнето показана на рис. 299.
Запальные свечи
Кулачок прерывателя
Ж'2
ЯкорЬ (постоянный магнит)
Полюсные башмаки с сердечником
шестерня ротора
Шестерня якоря
Рис. 298. Схема зажигания от магнето
Ротор распределителя
Центральный контакт распределителя Сегмент распределителя
Первичная обмотка
Старичная обмотка Конденсатор
Пусковое магнето
Подвижный контакт Неподвижный нонтакт
Контакты
Рыча тон прерывателя
Сердечник
Конденсатор
Распределитель Свеча,
Масса
Вторичная обмотка Полюсные башмаки
Якорь (постоянный магнит)
Рис. 299. Схема магнето
Рис. 300. Изменения магнитного потока в сердечнике катушки
Пусть якорь магнето находится в положении А (рис. 300). В этом случае силовые линии проходят от его северного полюса в левый башмак, сердечник катушки и через правый башмак возвращаются к южному полюсу.
Повернувшись на ’Д оборота (90°), якорь займет положение Б. Теперь силовые линии проходят от северного полюса через башмаки к южному, минуя сердечник катушки.
При повороте якоря от положения А до положения Б магнитный поток, проходящий через сердечник, непрерывно уменьшается от наибольшей величины до нуля. Полюсы и башмаки имеют такую форму, что магнитный поток уменьшается особенно быстро, когда якорь приближается к положению Б.
При дальнейшем повороте якоря магнето силовые линии начинают проходить через сердечник, но уже в обратном направлении; в положении В через сердечник проходит наиболее сильный поток. Затем поток ослабевает, и в положении Г силовые линии через сердечник не проходят. Далее они вновь начинают проходить через сердечник, в положении А их будет наибольшее число, после чего все явления повторятся снова.
Число магнитных силовых линий, проходящих через сердечник катушки, непрерывно изменяется, а в определенные моменты меняется и их направление. Нетрудно убедиться, что явления, происходящие в катушке магнето, ничем не отличаются от явлений, происходящих в катушке, в которую то вдвигают, то выдвигают магнит. А именно: витки катушки магнето непрерывно пересекаются магнитными силовыми линиями, и поэтому в первичной обмотке катушки возникает электродвижущая сила.
Возникает электродвижущая сила и во вторичной обмотке, но величина ее недостаточна для того, чтобы пробить воздушный промежуток между электродами свечи; поэтому практически эта электродвижущая сила не используется.
Величина электродвижущей силы в первичной обмотке непрерывно меняется, так как изменяется число силовых линий, пересекающих витки 292
в единицу времени. Наименьшее число магнитных силовых линий пересекается в положениях А и В, наибольшее в положениях Б и Г\ поэтому в положениях Б и Г электродвижущая сила будет наибольшей.
Под действием электродвижущей силы в первичной цепи будет протекать ток, когда контакты прерывателя замкнуты, поэтому становится ненужным посторонний источник тока — аккумуляторная батарея. Зажигание от магнето и отличается от батарейного только тем, что в магнето электрическая энергия первичной цепи получается в результате преобразования механической энергии — энергии вращения якоря. В остальном они работают совершенно одинаково.
Ток, протекающий по первичной обмотке катушки магнето, создает вокруг катушки магнитное поле. Если разомкнуть контакты прерывателя, магнитное поле вокруг катушки исчезнет. Силовые линии исчезающего поля, как и в катушке зажигания, пересекут витки обеих обмоток, причем во вторичной обмотке возникнет э. д. с. большой величины, необходимая для получения искры в свече.
По причинам, на которых мы здесь не останавливаемся, ток в первичной цепи достигает наибольшей величины не в положениях Б и Г, а несколько позже. Поэтому первичную цепь надо размыкать, когда якорь пройдет положения Б и Г на несколько градусов.
Если разорвать цепь не в тех положениях, которым ооответствуег наибольшая сила тока, то электродвижущая сила во вторичной обмотке будет намного слабее. В самом деле, пусть наибольшая сила тока в первичной цепи составляет 6 о, а мы прервем ток, когда его сила достигнет всего 3 а. Так как при вдвое меньшем токе магнитное поле будет примерно вдвое слабее, то и число силовых линий, пересекающих витки катушки при замыкании цепи, уменьшится; это приведет к уменьшению электродвижущей силы во вторичной обмотке.
Кулачок прерывателя магнето укреплен на якоре. За один оборот якоря сила тока в первичной цепи достигает наибольшего значения два раза. Значит, кулачок должен размыкать контакты дважды за один оборот якоря, что обеспечит подачу искры в два цилиндра. Необходимое число оборотов якоря зависит от числа цилиндров двигателя.
При большом числе цилиндров обороты якоря должны быть очень высокими. Например, якорь магнето двенддцатицилиндрового двигателя должен был бы вращаться втрое быстрее коленчатого вала; поэтому в магнето многоцилиндровых двигателей применяют четырехполюсные магниты с двумя северными и двумя южными полюсами. При таком магните наибольшая сила тока в первичной цепи возникает четыре раза за один оборот якоря; разрыв цепи происходит также четыре раза, для чего кулачок делается с четырьмя выступами.
Вторичная обмотка катушки магнето одним концом выведена на массу, а другим соединена с центральным контактом распределителя. Ротор распределителя с подвижными контактами выполняется в виде барабана, приводимого во вращение от якоря через две шестерни. При вращении ротора его контакты проходят мимо неподвижных контактов, установленных в сегментах распределителя и связанных проводами со свечами (см. рис. 298). Так как за один оборот ротор обходит контакты всех цилиндров, число оборотов ротора должно быть вдвое меньше числа оборотов коленчатого вала.
Цепь высокого напряжения замыкается через центральный, подвижный и неподвижный контакты распределителя и далее через электроды свечи на массу.
Сила тока в первичной цепи магнето и электродвижущая сила во вторичной обмотке зависят от числа оборотов якоря. Поскольку при запуске двигателя коленчатый вал, а с ним и якорь магнето вращаются медленно, электродвижущая сила во вторичной обмотке невелика и искра может получиться слабой или ее вовсе не будет; поэтому в систему зажигания от магнето обычно вводится пусковое магнето, якорь которого вращают вручную, делая нужное число оборотов. Пусковое магнето не имеет своего распределителя. Ток высокого напряжения подводится к ротору распределителя основного (рабочего) магнето и распределяется им.
Иногда вместо пускового магнето ставят пусковую катушку зажигания, питаемую током от аккумуляторной батареи.
Зажигание от магнето намного сложнее батарейного. Но оно значительно надежнее, так как не связано с аккумуляторной батареей, а значит, не зависит от исправности последней; поэтому на танках, как и на самолетах, эта система зажигания применяется чаще батарейной.
ГЛАВА ШЕСТАЯ
БРОНЕВАЯ ЗАЩИТА
Броневая защита — одно из основных боевых свойств танка. Со времени появления танка его броневая защита непрерывно совершенствовалась. Увеличивалась толщина брони, улучшались ее свойства, форма корпуса и башни танка изменялась так, чтобы повысить их стойкость против снаряда. Все это было вызвано развитием и совершенствованием средств противотанковой борьбы, прежде всего противотанковой артиллерии.
Поэтому, рассматривая свойства брони и броневую защиту танка, мы должны будем в этой главе уделить внимание средствам борьбы пропив танков и рассмотреть действие этих средств, в первую очередь бронебойных снарядов, на броню.
БРОНЯ
СВОЙСТВА БРОНИ
Танковая броня изготовляется исключительно из специальной (легированной) стали. Это объясняется тем, что при сравнительно небольшой толщине только такая сталь удовлетворяет сложным требованиям, предъявляемым к броне.
Броня должна противостоять огромным ударным нагрузкам. Так, например, 76-л/л4 бронебойный снаряд обладает запасом энергии, которой хватило бы, чтобы поднять десятитонную машину на высоту шестиэтажного дома. При ударе о броню эта энергия расходуется почти мгновенно, вследствие чего развивается громадная мощность — для 76-лш
снаряда до 800 000 л. с. Броня должна отразить или поглотить эту энергию (при прямом попадании), не давая сквозного поражения.
Какими же основными свойствами должна обладать броня, чтобы оказаться стойкой против снаряда?
Попробуем выяснить это на простых примерах.
Медную пятикопеечную монету можно сравнительно легко проколоть иголкой. Для этого иголку нужно вставить в пробку, чтобы она не прогибалась при ударе, поставить пробку на монету и ударить по иголке молотком. Но та же иголка сломается или затупится, если пытаться проколоть ею чугунную пластинку. При ударе же молотком медная монета сплющится, а чугунная пластинка от такого удара расколется.
Подобно игле, прокалывающей монету, снаряд, калибр которого невелик по сравнению с толщиной брони, может только проколоть ее. Чем тверже в этом случае броня, тем лучше она противостоит проколу. Снаряд большого калибра проломит хрупкую броню или отколет куски металла с тыльной стороны ее, в то время как в вязкой броне образуются лишь выбоины или вмятины — вязкий материал поглотит энергию снаряда полностью, не давая пробоины.
Значит, броня должна быть одновременно и твердой и вязкой (не хрупкой). К сожалению, эти два свойства противоречивы: вязкий металл обычно недостаточно тверд, твердый — обычно хрупок. Можно лишь несколько повысить твердость при данной вязкости или, наоборот, при данной твердости немного увеличить вязкость.
СТРОЕНИЕ СТАЛИ
Более или менее удовлетворительное сочетание твердости и вязкости стали обеспечивается ее составом и термической (тепловой) обработкой. Броневая сталь является разновидностью специальной (легированной) конструкционной стали, т. е. стали, предназначенной для изготовления деталей различных машин и механизмов. Такое совпадение не является случайным, так как возможно лучшее сочетание твердости и вязкости обязательно и для деталей машин.
Сталь — это сплав железа с углеродом. Несколько десятых долей процента углерода, добавляемые к железу, превращают этот сравнительно мягкий и весьма пластичный, тягучий металл в сплав, которому последующая термическая обработка позволяет придать самые разнообразные свойства: сталь одного и того же состава может быть сделана чрезвычайно твердой и хрупкой, но может приобрести и большую вязкость при значительном (по сравнению с железом) увеличении твердости;
Чтобы понять причины этого, рассмотрим явления, которые происходят в стали при ее нагреве и охлаждении.
Когда сталь расплавлена, в ней нельзя различить частицы железа и углерода, как в соляном растворе неразличимы вода и соль. Мельчайшие частицы обоих веществ, в данном случае молекулы воды и соли, настолько тесно связаны между собой, что их нельзя разделить механическим способом, например отстаиванием или процеживанием. В этом отношении раствор резко отличается от смеси, какую представляют собой, например, взболтанная в воде глина или смешанное с водой масло.
Раствором является жидкая сталь. В железе, как в воде соль, растворен углерод и другие примеси, попадающие в сталь из сырья и топлива (например, сера, фосфор) или специально добавляемые при изготовлении стали для улучшения ее свойств (например, кремний, марганец).
Если охлаждать расплавленную сталь, то при определенной температуре (примерно между 1400 и 1535°Ц, в зависим сети от содержания углерода) она застывает и кристаллизуется.
Процесс застывания стали и ее кристаллизация заключаются в том, что атомы железа, расположенные в жидком металле без всякого порядка, «выстраиваются» и образуют так называемую кристаллическую
решетку, состоящую из огромного количества одинаковых элементарных ячеек. Элементарные ячейки представляют собой, подобно сотам, одинаковые по форме и размерам и тесно примыкающие одна к другой простые геометрические фигуры. Так, атомы железа в застывшей стали образуют фигуры гр ан сцентрированного куба (рис. 301). Каждая элементарная ячейка сложена из четырнадцати атомов — восемь в вершинах граней и по одному в центре ’каждой из шести граней куба. Эти ячейки настолько малы (на длине одного миллиметра их можно разместить свыше двух миллионов), что неразличимы даже в самые сильные современные микроскопы, в том числе и электронные. Лишь специальным методом
исследования при помощи рентгеновских лучей можно определить их форму и размеры.
Кристаллизация начинается одновременно во многих точках застывающего металла. В результате ее образуется множество небольших
кристаллов, имеющих неправильную форму вследствие столкновения растущих кристаллов друг с другом. Такие неправильные (неполногран-ные) кристаллы называются зернами. Зерна в металле хорошо различаются под микроскопом (рис.
302) после специальной обработки — шлифовки и травления (обычно в слабом растворе кислоты).
Травление действует на зерна неодинаково, и потому они по-разному отражают падающий на них свет, как условно показано на рис. 302; вслед-
плоскость Е
ствие этого под микроскопом отдельные зерна кажутся освещенными неодинаково — одни светлее, другие темнее.
Рис. ЗОЛ Причина неоднородности свойств отдельных зерен металла
Рис. 301. Схема ячейки гранецентрированного куба
Прочность кристаллов в различных направлениях неодинакова. Если бы все кристаллы были расположены одинаково, то металл обладал бы различной прочностью в различных напра-влениях. Наличие же <в куске металла не одного, а десятков и сотен тысяч кристаллов, плоскости которых направлены различно, делает свойства литого металла одинаковыми ibo всех направлениях. Ясно, насколько это существенно для работы детали. Если такое условие не соблюдено и свойства металла в различных направлениях почему-либо оказываются не одинаковыми, то это приходится учитывать при изготовлении детали.
Итак, первое превращение, происходящее при застывании расплавленной стали, заключается в ее кристаллизации: образуются зерна, представляющие собой кристаллы железа с гранецентрированной решеткой.
Что же происходит при кристаллизации с углеродом, растворенным в жидкой стали?
Внутри кубика, образуемого атомами железа, есть свободное место. Атом углерода, величина которого меньше величины атома железа, может занять это место. Тесная связь между атомами обоих веществ сохранится: углерод окажется растворенным в твердом железе, как он был растворен в жидком. Его нельзя будет не только отделить от железа механическими способами, но и обнаружить под микроскопом. Только рентгеновские лучи покажут, что среди атомов железа вкраплены атомы углерода, которые также занимают строго определенные, хотя и не все
Рис. 303. Схема ячейки объемно-центрированного куба
свободные места. Такой твердый раствор углерода в железе (имеющем гранецентрированную кристаллическую решетку) называется аустенитом.
Однако превращения в стали на этом не заканчиваются.
Дело в том, что форма кристаллической решетки большинства металлов при остывании не меняется, но немногие из них, в том числе железо, представляют исключение из этого правила. Атомы железа при охлаждении перегруппировываются, образуя новую фигуру — объемно-центрированный куб, сложенный из девяти атомов в каждой ячейке (рис. 303). В сталях в зависимости от их состава это превращение при весьма медленном охлаждении начинается при различных температурах (от 910° и ниже), но заканчивается всегда при одной и той же температуре (723° Ц).
В новой элементарной ячейке для атома углерода уже нет места; поэтому углерод выходит из раствора 1 и образует с железом химическое соединение, называемое цементитом, который обладает весьма большой твердостью и хрупкостью.
1 В действительности в ненагретом железе углерод растворяется, но в ничтожном количестве, менее 0,01%. На практике этим пренебрегают.
В конструкционных сталях содержится не более 8—10% цементита, что может лишь сравнительно не намного увеличить их твердость.
Следует отметить разницу между твердым раствором и химическим соединением. В химическом соединении группировка атомов (кристаллическая решетка) совершенно другая, чем в составляющих его веществах, в то время как твердый раствор сохраняет группировку атомов растворителя (в данном случае железа). Особой формой кристаллической решетки химического соединения объясняется резкое отличие его свойств от свойств образующих его веществ.
Под влиянием особенностей превращения стали при ее охлажде-
Пластинка феррита
Зерно феррита
Феррит травится глубже цементита и потому кажется темным
Пластинка цементита
Зерно перлита
НИИ, на которых мы здесь не остана- рис т Микроструктура отожженной вливаемся, цементит будет находить- сталИ) содержащей 0,3% углерода ся не во всех зернах стали: часть их будет представлять почти чистое железо (феррит), часть — смесь феррита и цементита в ваде чередующихся тонких пластинок (рис. 304, вверху). Такая смесь называется пла-
стинчатым перлитом.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
Иначе будет обстоять дело, если сталь нагреть до температуры, при которой в ней произойдет обратная перегруппировка атомов и углерод вновь растворится в железе, а затем быстро охладить, например, опустив сталь в воду. При быстром охлаждении атомы углерода не успевают •во-время оставить занятые ими места между атомами железа, а перегруппировка атомов железа замедляется и происходит при гораздо более низкой температуре (100—300°).
Теперь, хотя атомы железа и образовали новые фигуры, в которых не остается места для атомов углерода, последние «застревают» в растворе. Получается, как говорят, пересыщенный твердый раствор углерода в феррите, называемый мартенситом.
«Завязшие» между атомами железа атомы углерода растягивают кубики железа, превращая их в призмы. Тем самым нормальное взаимодействие между атомами нарушается. Сталь в мартенситном состоянии становится твердой, почти как цементит, хотя она и не содержит его. В то же время возможность более или менее свободного перемещения атомов друг относительно друга, обеспечивающая вязкость металла, нарушается: сталь делается хрупкой. Напряжения внутри стали, возникающие вследствие быстрого охлаждения и растяжки кубиков, могут вызвать в ней трещины, причем не только во время охлаждения, но и спустя значительный промежуток времени.
Описанная выше термическая обработка стали — напрев до завершения обратных превращений и быстрое охлаждение, после которого образуется мартенсит,— называется закалкой.
Рис. 305. Микроструктура стали закаленной (Л) и отпущенной при значительном нагреве (£>)
Структура закаленной стали (рис. 305, Л) резко отличается от структуры медленно охлажденной стали. Видимые под микроскопом «иглы», образующие местами углы, представляют собой следы сдвига целых плоскостей, заселенных атомами. Такими сдвигами сопровождается перегруппировка атомов при низкой температуре, происходящая мгновенно, подобно взрыву.
Твердость и хрупкость закаленной стали возрастают с увеличением содержания в ней углерода.
Значительные внутренние напряжения в металле, вызванные закалкой, не позволяют не только использовать его в каких-либо изделиях, по и хранить длительное время. Сразу же после закалки сталь должна быть подвергнута отпуску, т. е. нагреву до температуры ниже той, при которой происходит обратное 'превращение, с последующим медленным или быстрым (в зависимости от состава стали) охлаждением. При небольшом нагреве стали высота призм, образуемых атомами железа, уменьшается, так что они приближаются к своей нормальной — кубической — форме; поэтому внутренние напряжения в стали уменьшаются, она становится менее хрупкой. В результате такого отпуска («низкий отпуск») твердость металла незначительно уменьшается, а вязкость несколько возрастает.
Если же нагреть сталь до более высокой температуры, то в ней произойдут более значительные изменения. Большая подвижность частиц металла, обеспеченная нагревом, позволит атомам углерода выйти из •кубиков железа, в которых они «застряли» при закалке. Освобождающиеся атомы углерода создадут с железом химическое соединение — цементит. Но, в отличие от цементита, образующегося при охлаждении стали, цементит, получающийся при отпуске, находится в стали не в виде пластин, а в виде очень мелких зернышек. Вначале (при температуре 300—400°) они настолько мелки, что неразличимы даже под микроскопом. Располагаясь между частицами железа, зернышки цементита играют 300
роль клиньев, препятствующих перемещению атомов один относительно другого. С повышением температуры отпуска («высокий отпуск») эти зернышки, передвигаясь между атомами железа, сливаются одно с другим и становятся видимыми под микроскопом (рис. 305, Б). Получается смесь феррита с зернами цементита, называемая сорбитом отпуска. Число клиньев здесь уменьшается, что делает металл значительно более вязким. Вязкость сорбита будет много выше, чем у незакаленной стали, состоящей из феррита и перлита, в которой цементит находится в виде пластин, создающих хрупкие преграды между пластинами железа. В то же время твердость и прочность металла, обеспечиваемые равномерным распределением мелких частиц цементита, будут выше, чем до закалки, хотя и ниже, чем после низкого отпуска.
ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ
До сих пор мы 'говорили о явлениях, происходящих в углеродистой стали, не содержащей, кроме железа и углерода, других элементов (если не считать небольшого количества так называемых постоянных примесей, о которых упоминалось выше).
Закалка углеродистой стали требует весьма быстрого охлаждения. Б противном случае атомы углерода успеют выйти из раствора, и закалка не осуществится.
Но большая скорость охлаждения возможна только для изделий небольшой толщины. Действительно, изделие, погруженное, например, в воду, сильно охлаждается с поверхности; в глубине же остывание идет медленнее, так как тепло прогретого металла не успевает отводиться с достаточной скоростью; поэтому после закалки и отпуска крупной детали мы получим зернистое строение на поверхности и пластинчатое в сердцевине. Вязкость детали из такой стали будет неудовлетворительной.
При весьма больших размерах изделия с его поверхности отводится меньше тепла, чем поступает от сердцевины, и изделие не закаливается вовсе. Но и при малых размерах изделия закалка углеродистой стали связана со многими трудностями. Большая скорость охлаждения (в воде) создает, кроме напряжений, вызываемых превращениями в металле, еще и так называемые термические напряжения, происходящие от быстрого и неравномерного сокращения размеров изделия при понижении температуры. В результате при закалке часто происходит коробление изделий и даже появляются трещины. Чтобы избегнуть этого, надо иметь такую сталь, в которой выделение углерода из раствора и перегруппировка атомов замедлялись бы не только скоростью охлаждения, но и самим составом металла. Именно такими свойствами и обладает большинство легированных сталей. Легирование, т. е. добавление в сталь других элементов (например, хрома, никеля), позволяет получить одинаковые свойства на большой глубине и даже по всему сечению детали, а также закаливать сталь не в воде, а в масле или на воздухе, что значительно уменьшает напряжения при закалке.
Замедляющее действие может быть настолько сильным, что при большом содержании некоторых легирующих элементов, например марганца или никеля, превращения в стали не происходят вовсе, и охлажденное железо сохраняет прежнее расположение атомов (куб с центрированными гранями), а твердый раствор не распадается.
Кроме того, легирование может значительно улучшить свойства сталей, например повысить вязкость при той же твердости.
Преимуществами легированных сталей перед углеродистыми объясняется тот факт, что именно из таких сталей изготовляются ответственные детали механизмов, а также броня.
ЛИТАЯ И КАТАНАЯ СТАЛЬ
Рассматривая строение стали, мы указывали, что она состоит из отдельных зерен. Из рис. 304 (Видно, что эти зерна и по форме, и по размерам мало отличаются одно от другого. Таким зернистым металл становится лишь после специальной термической обработки. Литая сталь имеет другое строение, что объясняется особенностями ее охлаждения.
При кристаллизации стали, залитой в специальную металлическую форму (изложницу), металл начинает застывать, прежде всего, у стенок формы, где тепло отводится весьма быстро. Здесь образуется тонкая корка из очень мелких кристаллов (рис. 306). .
Дальнейшее охлаждение приводит к тому, что кристаллы растут преимущественно в одном направлении — под прямым углом к стенкам изложницы. При этом растущие кристаллы образуют «ствол», от которого отходят «ветви», сначала большие, потом все меньшие. Получаются как бы скелеты кристаллов, которые затем «обрастают» новыми кристаллами металла, пока они не встретятся с соседними или не исчерпается жидкий сплав. Поэтому под коркой образуется зона так называемых столбчатых или шестоватых кристаллов, направленных от стенок к центру слитка, навстречу друг другу.
Следует заметить, что примеси, содержащиеся в металле, частично отгоняются растущими кристаллами к центру слитка, частично остаются между столбчатыми кристаллами, располагаясь по их границам.
В центре слитка, где застывание происходит медленно, а тепло не отводится преимущественно в каком-либо определенном направлении, образуются ненаправленные (равноосные) зерна. Здесь же скопляется значительная часть примесей, засоряющих металл и делающих его рыхлым, менее плотным.
Таким образом, строение стального слитка получается неоднородным. Это можно видеть невооруженным глазом — в изломе или после травления разреза слитка. Строение, наблюдаемое простым глазсм, в отличие от микроскопического, называется макростроением или макроструктурой (макро — большой, микро—малый).
Такую же макроструктуру будет иметь и стальная отливка. Если отливка тонкостенная и охлаждение идет быстро, столбчатые кристаллы, растущие с противоположных сторон, могут встретиться один с другим, т. е. центральной зоны не будет.
Литая сталь неоднородна не только по строению, но и по составу: центральные оси («стволы») столбчатых кристаллов более насыщены железом, края их обогащены углеродом и легирующими примесями.
Специальная сложная и длительная термическая обработка, предшествующая закалке, уменьшает неоднородность строения и состава отливки. Если, однако, в ней сохранятся развитые столбчатые кристаллы, качество металла будет невысоким, так как при ударе, направленном вдоль оси этих кристаллов, они сравнительно легко отделяются один от другого. Когда «шестов» нет, свойства металла отливки при воздействии на него в различных направлениях различаться почти не будут.
Рис. 306. Схема строения стального слитка
Рис. 307. Схема строения катаной стали
Рассмотрим теперь строение катаной стали.
При прокатке неоднородность, имевшаяся в слитке, устраняется в результате механического воздействия и высокой температуры. Но посторонние примеси, располагавшиеся между кристаллами, вытягиваются в направлении прокатки, разделяя металл на отдельные волокна, расположенные вдоль листа и хорошо видимые без микроскопа после травления.
Подобно тому как деревянную чурку можно легко расколоть, на-нося удар вдоль волокон, и очень трудно, если наносить удар поперек, так и катаный металл гораздо легче разрушить, когда усилие действует вдоль волокон. Особенно сильно будет различаться в зависимости от направления приложенной силы вязкость стали, оцениваемая по величине работы, необходимой для разрушения образца (рис. 307).
Следует заметить, что при изготовлении деталей машин и механизмов из катаного (или кованого) материала всегда приходится учитывать направление волокон в металле. Это существенный недостаток катаной стали Однако в целом ее свойства все же лучше, чем литой. Давление при прокатке устраняет рыхлость, уплотняет металл, улучшает его; катаный металл более прочный и в то же время более вязкий, чем литой. Но ряд преимуществ литья, в частности литых танковых башен, позволяет получить (при том же весе) более надежно защищенный узел, чем сварной, сделанный из катаных листов.
ОДНОРОДНАЯ И НЕОДНОРОДНАЯ БРОНЯ
Применяя легированную сталь, при соответствующей термообработке можно добиться удовлетворительного сочетания твердости и вязкости во всей массе металла и получить таким образом однородную (гомогенную) броню.
Однако одинаковая твердость по всему сечению брони вовсе не обязательна, особенно если учесть, что при равных условиях повышение твердости сопровождается уменьшением вязкости. Допустимо, чтобы только лицевая поверхность брони обладала высокой твердостью,
хорошо сопротивлялась внедрению снаряда, а основная масса металла была достаточно вязкой, хотя бы и при сниженной твердости. Такая броня по своим свойствам будет неоднородной (гетерогенной). Неоднородность может быть обеспечена либо различием химического состава лицевого и внутреннего слоев брони, либо их неодинаковой термической обработкой.
Неоднородная броня может быть получена путем приварки твердой стали к мягкой плите из так называемого пудлингового железа. Такой способ применялся для изготовления судовой брони еще в прошлом столетии. Весьма сложный и неудобный, этот способ уступил место цементации. Цементация •— один из видов так называемой химико-термической обработки стали — широко применяется при изготовлении деталей, которые должны иметь высокую твердость на поверхности при сохранении вязкой сердцевины. Примером таких деталей являются шестерни, кулачки распределительных валов двигателей, поршневые пальцы и т. д.
Цементация заключается в насыщении поверхностного слоя изделия углеродом, иногда на глубину до нескольких миллиметров. Для этого изделие укладывают в ящик, заполненный смесью древесного угля и углекислых солей, и помещают в печь, где выдерживают длительное время при температуре около 900° Ц. В результате химических процессов, происходящих в ящике, в большом количестве выделяются атомы углерода, поглощаемые поверхностным слоем раскаленного металла. Чем больше время выдержки при данной температуре, тем выше содержание углерода в поверхностном слое и тем больше толщина цементованного слоя; при этом содержание углерода плавно понижается по мере удаления от поверхности.
Цементация может осуществляться также в струе газа, содержащего углерод, например светильного газа.
Как уже указывалось, твердость стали после закалки тем выше, чем больше содержится в ней углерода. Для цементации берут сталь, содержащую очень мало углерода— обычно не более 0,2%. При таком составе углеродистая сталь вообще не закаливается, т. е. даже при быстром охлаждении в ней успевает произойти нормальное превращение: твердый раствор распадается на феррит и перлит, а мартенсит не образуется. Если же, как это бывает в легированных сталях, после закалки и получится мартенсит, его твердость будет сравнительно невелика, а вязкость значительна. В поверхностном же слое после цементации содержание углерода доводится примерно до одного процента, так что последующая закалка придает ему весьма высокую твердость. После закалки цементированное изделие подвергается низкому отпуску, который нужен для того, чтобы уничтожить внутренние напряжения и сохранить твердость поверхности.
Другим способом получения неодинаковых свойств по толщине брони является поверхностная закалка. Бели быстро нагреть поверхность металла так, чтобы он не успел прогреться на всю толщину, а затем также быстро охладить его, превращения произойдут только в поверхностном слое. В этом случае на поверхности получится слой мартенсита, толщина которого зависит от глубины прогрева, внутренняя же часть останется без изменений. Нагрев может производиться газовой горелкой, передвигаемой вдоль поверхности изделия, или переменным электрическим током высокой частоты. Нагретая поверхность изделия охлаждается струей воды.
Изделия, подвергаемые поверхностной закалке, чаще всего проходят предварительную закалку на всю глубину и высокий отпуск, что 304
придает внутренней части изделия значительную вязкость. Последующая поверхностная закалка, не нарушая вязкости внутренних слоев, резко увеличивает твердость поверхностного слоя.
Получить броню с неодинаковыми свойствами по толщине, как видно из оказанного, значительно сложнее и дороже, чем получить однородную броню. Кроме того, неоднородная броня не всегда лучше противостоит снаряду, чем однородная. Ввиду этого во вторую мировую войну на танках применялась преимущественно однородная броня.
БРОНЕБОЙНЫЕ СРЕДСТВА
Многочисленные и разнообразные средства борьбы против танков преследуют цель вывести танк и его экипаж из строя, сделать танк небоеспособным.
Наиболее уязвима ходовая часть танка, так как она не защищена броней. Однако повреждение ходовой части, лишая танк подвижности, не лишает его огневой мощи. Кроме того, танк с поврежденной ходовой частью может быть сравнительно легко восстановлен, иногда даже на месте. Правда, танк с поврежденной ходовой частью превращается в неподвижную и поэтому легко поражаемую артиллерией цель. Но главная задача противотанковых средств — разрушить броню и нанести поражение экипажу и жизненно важным механизмам танка.
Противотанковые средства должны быть по преимуществу средствами бронебойными.
Для разрушения брони требуется затратить весьма значительную работу. Некоторое представление о величине этой работы можно получить, если учесть, что ударное разрушение образца вязкой легированной стали шириной всего 10 мм и толщиной 8 мм (стандартный образец) требует затраты 12—15 кгм работы. Разумеется, чтобы пробить массивный броневой лист, нужно совершить работу, в сотни и тысячи раз большую.
Работа разрушения брони совершается за счет химической энергии взрывчатого вещества, освобождающейся при взрыве. Эта энергия может быть использована двумя способами.
По первому способу энергия взрыва превращается в энергию движения (кинетическую энергию) снаряда. Часть этой энергии расходуется на то, чтобы «донести» снаряд до брони (преодоление сопротивления воздуха), а часть расходуется при ударе снаряда о броню. В этом случае снаряд может не содержать взрывчатого вещества или иметь его в небольшом количестве для усиления действия за броней (разрыв внутри танка).
По второму способу броня разрушается непосредственно энергией взрыва, т. е. энергией газов, в которые превращается взрывчатое вещество, или взрывной волной, т. е. энергией, передаваемой молекулами этих газов молекулам (частицам) воздуха. В этом случае необходимо, чтобы снаряд содержал значительное количество взрывчатого вещества, а взрыв происходил в непосредственной близости от брони.
В зависимости от способа использования энергии взрывчатого вещества все бронебойные средства могут быть разделены на средства ударного действия (первый способ) и средства фугасного действия (второй способ). К средствам ударного действия относятся бронебойные снаряды различных типов. К средствам фугасного действия — кумулятивные снаряды, мины и гранаты, ручные гранаты, подвижные мины и торпеды, авиабомбы.
БРОНЕБОЙНЫЕ СНАРЯДЫ И ПУЛИ
Несмотря на то, что во вторую мировую войну получили распространение многочисленные и разно-образные противотанковые средства фугасного действия, бронебойные снаряды оставались основным средством борьбы с танками. Бронебойные снаряды состояли в боевом комплекте не только танковой, самоходной и специальной противотанковой артиллерии, но и почти во всех остальных ее видах — от полковой до армейской, включая также и зенитную артиллерию, успешно использовавшуюся против танков.
Столь широкое применение бронебойных снарядов объясняется тем, что по крайней мере для средних и больших дальностей (дистанций) (500 м и больше) они являются наиболее действенным средством разрушения брони.
Как уже указывалось, разрушающее действие бронебойного снаряда обеспечивается запасом его энергии — живой силой. Величина ее определяется по формуле
тг/ Mv2 Gv2
где W—живая сила снаряда в кгм;
М — масса снаряда, равная его весу G в кг, деленному на ускорение силы тяжести g в м/сек2\
v — скорость снаряда у цели в м/сек.
Скорость снаряда в полете непрерывно уменьшается, так как часть его энергии расходуется на преодоление сопротивления воздуха. Для получения возможно большей живой силы в момент встречи снаряда с броней требуется, во-первых, высокая начальная скорость снаряда (в момент вылета из орудия) и, во-вторых, меньшая потеря скорости в полете вследствие сопротивления воздуха.
Эти два требования в значительной степени противоречат одно другому. Начальная скорость снаряда зависит не только от величины и продолжительности действия силы, создаваемой пороховыми газами, на его дно (продолжительность эта тем больше, чем длиннее ствол орудия), но и от веса снаряда: ускорение снаряда (приращение скорости за единицу времени) равно действующей силе, деленной на массу. При одинаковых условиях более тяжелый снаряд будет иметь меньшую начальную скорость. Зато потеря скорости в полете у него будет меньше, чем у более легкого, так как потеря скорости зависит от сопротивления воздуха. В свою очередь, сопротивление воздуха с уменьшением начальной скорости снаряда уменьшается.
Указанное противоречие разрешалось применением двух типов бронебойных снарядов: обычного бронебойного снаряда, имеющего меньшую начальную скорость, но лучше сохраняющего ее в полете и потому более пригодного для стрельбы на большие дальности, и более легкого — подкалиберного — с повышенной начальной скоростью, что дает лучшие результаты при стрельбе на малые дальности.
Поскольку между этими снарядами имеется значительная разница, их устройство следует рассмотреть отдельно.
БРОНЕБОЙНЫЙ СНАРЯД
Бронебойные снаряды имеют форму цилиндра, переходящего в передней части в конус.
Разрушающее действие снаряда обеспечивается не только большим запасом энергии, но и его формой, достаточной твердостью и проч-306
приваривается
Корпус
Взрыватель трассером
Ведущий поясок
Ьаллистический наконечник
Заряд взрывчатого вещества
Рис. 309.
бронебойный снаряд
Рис. 308. Остроголовый бронебойный снаряд
и бал-наконеч-
прочности разруше-едва ли
ностью. Коническая часть снаряда уменьшает сопротивление воздуха и придает снаряду достаточную устойчивость в полете. Она также выгодна и для пробивания брони, так как вся сила удара сосредоточивается на небольшом участке брони. В зависимости от формы передней части (головки) бронебойные снаряды делятся на остроголовые (рис. 308) и тупоголовые (рис. 309).
К корпусу тупоголового снаряда обычно крепится баллистический наконечник, штампованный из листовой стали. Наконечник уменьшает сопротивление воздуха в полете (см. рис. 309).
Остроголовый снаряд также может иметь баллистический наконечник (рис. 310). Иногда к корпусу остроголового снаряда так называемый бронебойный наконечник (рис. 311), который предохраняет острие головки от разрушения в момент удара о броню. Бронебойные наконечники были предложены в 90-х годах прошлого века выдающимся русским флотоводцем адмиралом С. О. Макаровым. Так как бронебойный наконечник имеет притупленную форму, снаряд может в этом случае иметь диетический ник.
Значение снаряда для ния брони нуждается в подробных пояснениях. Придавать снаряду высокую энергию при недостаточной прочности бесцельно, так как эта энергия израсходуется, прежде всего, на разрушение самого снаряда. Снаряд не должен быть излишне хрупким и излишне вязким; в последнем случае энергия удара вызовет значительную пластическую деформацию (расплющивание) снаряда. Чтобы снаряд имел достаточно высокую твердость и прочность, его корпус обычно изготовляют из легированной стали. Корпус подвергается сложной термической обработке с тем, чтобы твердость головной части была наибольшей и постепенно понижалась от головки ко дну.
Чтобы усилить поражающее действие снаряда за броней, его снабжают разрывным зарядом. Однако прочность снаряда с разрывным зарядом значительно понижается; поэтому снаряды небольших калибров (до 37 мм) делают оплошными; снаряды больших калибров могут иметь разрывной заряд.
Тупоголовый
Рис. 310. Остроголовый бронебойный снаряд с баллистическим наконечником
Рис. 311. Остроголовый снаряд с бронебойным наконечником
ПОДКАЛИБЕРНЫЙ СНАРЯД
Как уже говорилось, начальная скорость снаряда в значительной степени зависит от его веса: чем легче снаряд, тем выше его начальная скорость при прочих одинаковых условиях. Облегчение снаряда с целью повышения начальной скорости было использовано в так называемых подкалиберных снарядах, широко применявшихся во время второй мировой войны. Подкалиберным этот снаряд назван потому, что диаметр его бронебойного сердечника меньше калибра орудия.
Снаряд (рис. 312) состоит из алюминиевого или легкого стального корпуса, сердечника и баллистическою наконечника, изготовляемою из пластмассы, легких сплавов (алюминиевых или магниевых) или листовой стали.
Сердечник подкалиберного снаряда изготовляется из твердых сплавов. Такие сплавы состоят в основном из карбидов вольфрама, т. е. химических соединений углерода с вольфрамом — тяжелым и тугоплавким металлом. Вследствие высокой температуры плавления карбидов вольфрама (выше 3000° Ц) эти сплавы изготовляются специальным способом: спеканием порошкообразных карбидов и кобальта. Кобальт связывает мельчайшие частицы сверхтвердых карбидов. Твердость этих сплавов приближается к твердости алмаза (заметим, что из этих сплавов изготовляется рабочая часть инструмента для скоростного резания металлов; в производстве они известны под названием «победит»).
Твердые сплавы дороги и дефицитны, поэтому сердечники подкалиберных снарядов иногда делали составными: из твердого сплава изготовляли только головную часть, а остальное из стали.
Подкалиберный снаряд, несмотря на большой удельный вес сердечника, легче нормального, поэтому его начальная скорость выше. Обычно она превышает 1000 м/сек и для некоторых снарядов доходит до 1400 м/сек.
Бронебойное дейстаие подкалиберного снаряда усиливается тем, что энергия удара сосредоточивается на небольшой площади, поскольку в броню проникает только сердечник. При ударе снаряда о броню корпус (или заменяющий его поддон) разрушается, но все же он передает значительную часть своей живой силы сердечнику, «вбивая» его в броню, как молоток вбивает гвоздь в стену.
Все оказанное объясняет, почему подкалиберный снаряд обладает большей пробивной силой, чем нормальный. Однако это справедливо только для сравнительно небольших дальностей, не превышающих нескольких сот метров. Малый вес и невыгодная форма снаряда приводят к значительной потере его скорости в полете и резкому уменьшению пробивной силы при стрельбе на большие дальности.
Кроме того, как Баллистический будет показано ни-наконечнин
коническим каналом ствола
Рис. 313. Бронебойный снаряд к пушке с
Сердечник
Корпус
Трассер
Ведущий поясок
Гайка трассера^
Рис. 312. Подкалиберный бронебойный снаряд
же, подкалиберный снаряд действует хуже нормального при попадании под углом. Наконец, действие подкалиберного снаряда за броней незначительно.
Разновидностью подкалиберного снаряда является снаряд для пушки с коническим каналом ствола (рис. 313), состоящий из сердечника, баллистического наконечника и поддона с фланцами. Фланцы поддона направляют снаряд при его движении по каналу ствола орудия, диаметр которого постепенно уменьшается от казенной к дульной части на довольно значительную величину (до 40%); при этом фланцы пригибаются Начальная скорость такого снаряда будет больше, так как вес его меньше, а площадь поддона, на которую действуют пороховые газы в начальный момент выстрела, больше, чем у нормального снаряд^. Потеря скорости в полете у этого снаряда меньше, чем у обычного подкалиберного снаряда, так как соотношение веса и размера у него лучше, а форма (после обжима фланцев поддона) выгоднее. На броню снаряд действует так же, как обыкновенный подкалиберный.
Из пушки с коническим каналом ствола можно вести огонь только подкалиберными снарядами. В этом ее существенный недостаток по сравнению с обычной пушкой, из которой можно стрелять как обычными, так и подкалиберными снарядами. Кроме того, такую пушку сложнее изготовить. По этим причинам пушки с коническим стволом широкого распространения не получили.
к корпусу снаряда.
БРОНЕБОЙНЫЕ ПУЛИ
Броня современных танков, как правило, не пробивается ни простой свинцовой, ни бронебойной пулей (со стальным сердечником) при стрельбе из винтовки и пулемета нормального (7,62-л«л<) и крупного
Рис. 314. Противотанковое ружье ПТРД системы Дегтярева
(12,7-jkjh) калибра. Однако для экипажа танка опасны брызги свинца, проникающие через незащищенные щели. Смотровые же приборы, поврежденные пулей, становятся непригодными для наблюдения.
Во вторую мировую войну применялись специальные противотанковые ружья с весьма высокой начальной скоростью пули. На рис. 314 и 315 показаны противотанковые ружья. Советские противотанковые
Рис. 315, Противотанковое самозарядное ружье ПТРС системы Симонова
ружья, прозванные бронебойщиками «золотыми», наносили серьезный ущерб немецким танкам. Сердечник пули (рис. 316) противотанкового ружья изготовляется либо из твердых сплавов, либо из углеродистой или легированной стали с повышенным содержанием углерода. Принципиальной разницы между действием на броню бронебойной пули и снаряда нет, так как они различаются только калибром.
Рис. 316. Боевые
патроны к противотанковым ружьям
ФУГАСНЫЕ БРОНЕБОЙНЫЕ СРЕДСТВА
В фугасных бронебойных средствах для разрушения брони используется энергия взрывчатого вещества, выделяющаяся при взрыве. Поток газов, обладающих высоким давлением и огромной скоростью (в некоторых случаях до десяти тысяч метров в секунду), может рассматриваться как совокупность многих миллионов мельчайших снарядов, какими в действительности и являются молекулы газов, одновременно действующих на небольшой участок брони.
Существенным недостатком фугасных бронебойных средств до недавнего времени было весьма нерациональное использование их энергии. Действи
тельно, если детонатор, вызывающий взрыв заряда, расположен в центре заряда, действие взрыва будет одинаковым по всем направле-ния'М. Между тем для разрушения брони может быть июпользова1но только действие, направленное в ее сторону. Смещение детонатора от центра заряда усиливает действие взрыва в сторону, противоположную смещению. Однако это усиление не настолько значительно, чтобы разрушить броню при том сравнительно небольшом заряде, который может быть помещен в обычном артиллерийском снаряде. Вот почему такие снаряды не являются действенным средством борьбы с броней. Эта цель была достигнута лишь с изобретением фугасного снаряда с направленным действием взрыва — так называемого кумулятивного снаряда.
КУМУЛЯТИВНЫЙ СНАРЯД
Явление кумуляции было открыто свыше полувека тому назад. Практически его использовали лишь во вторую мировую войну. Сущность кумуляции заключается в следующем.
Если уложить взрывчатое вещество так, чтобы в передней части заряда оно образовывало выемку конической или шарообразной (сферической) формы (рис. 317), а детонатор расположить в противоположном конце заряда, действие взрыва будет направлено в основном вдоль оси выемки. Температура, давление и скорость газов в их направленном потоке будут значительно выше, чем в обычном, расходящемся.
Схематически направленное действие взрыва можно представить следующим образом (рис. 317, Л). Частицы газов в начальный момент двигаются под прямым углом к поверхности выемки в каждой ее точке, образуя ряд струй. Наталкиваясь на струи, расположенные ближе к оси выемки, они отклоняются и продолжают двигаться уже параллельно друг другу.
Кумулятивное действие дает значительные результаты лишь в том случае, когда выемка находится в момент взрыва на определенном, весьма небольшом расстоянии от брони. Поэтому взрыв снаряда должен происходить лишь после удара снаряда в броню, но без задержки, в противном случае изменится форма выемки.
Опытом установлено, что коническая выемка обеспечивает более сильно направленное действие, чем сферическая, но сферическая выемка надежнее, так как она обусловливает меньшую зависимость действия снаряда от расстояния между выемкой и броней.
Кумулятивный снаряд (рис. 318) состоит из корпуса, в котором, уложен накрытый колпаком заряд сильного взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой, и головки.
При ударе головки снаряда в броню срабатывает взрыватель и происходит взрыв капсюля-детонатора и детонатора. За то чрезвычайно короткое время, пока детонация распространяется по массе заряда в сторону кумулятивной выемки, снаряд успевает несколько переместиться, и его головка, изготовленная из хрупкой стали или пластмассы, разрушается, при этом выемка приближается к броне, но ее форма не нарушается, и корпус снаряда остается целым.
В момент, когда детонация достигает поверхности выемки, направленная струя газов, имеющих скорость 5000—10 000 м!сек, при высоком давлении и высокой температуре, пробивает в броне отверстие.
Сильно нагретые газы, проникая в танк через пробоину, часто вызывают пожар в танке.
Поскольку величина живой силы кумулятивного снаряда в момент встречи его с броней не -имеет значения, пробивное действие снаряда
не зависит от дальности. Не важна и начальная скорость снаряда — она должна быть достаточной только для того, чтобы снаряд достиг цели. Больше того, высокая скорость может привести к преждевременному разрушению корпуса снаряда и нарушению формы выемки, поэтому величину боевого заряда кумулятивного выстрела, т. е. заряда, выбрасывающего снаряд из орудия, специально подбирают, чтобы избежать разрушения снаряда. Примене-
ние кумулятивных снарядов позволило использовать для борьбы с танками пушки с малой начальной скоростью снаряда, а также гаубицы. Таким образом, значительно увеличилось число противотанковых средств.
Взрыватель Головка
Баллистический наконечник
Центральная трубка Колпак Кумулятивная выемка
Корпус
Дно снаряда
Взрывчатое вещество
Ведущей поясок
Капсюль* детонатор
Шашка ~ детонатора
Рис. 318» Кумулятивный снаряд
Рис, 317. Кумулятивное действие:
Л — схема кумулятивного эффекта; Б — разрыв кумулятивного заряда примерно через 0,0003 секунды после удара о броню
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ БРОНЕБОЙНЫЕ СРЕДСТВА. КУМУЛЯТИВНЫЕ МИНЫ И ГРАНАТЫ
Массовое применение танков во второй мировой войне потребовало и массовых средств борьбы с ними. В частности, возникла задача обеспечить пехоту такими противотанковыми средствами, которыми мог бы пользоваться каждый боец. Подобные средства особенно важны для борьбы с танками в населенных пунктах, а также в горных условиях.
Первоначально таким «личным» противотанковым оружием были ручные гранаты. С увеличением толщины брони их значение как бронебойного средства уменьшилось, и гранаты (рис. 319) использовались главным образом для разрушения ходовой части. Связки таких гранат подбрасывали под гусеницы; происходил взрыв, гусеницы разрывались, и танк останавливался.
Во время гражданской войны в Испании впервые были использованы бутылки с горючей жидкостью — бензином пли специальными воспламеняющимися смесями (рис. 320). Брошенная на танк бутылка разбивалась, и горящая жидкость, проникая внутрь танка, вызывала пожар.
Широкие возможности для развития «личных» противотанковых средств ближнего “боя открыло использование кумулятивного эффекта. Оно позволило, прежде всего, заменить для борьбы с танками простые ручные гранаты кумулятивными, в которых взрывчатое вещество уложено в виде воронки.
Из сказанного выше о кумулятивном действии видно, что граната сможет разрушить броню лишь при определенном ее положении относительно брони в момент взрыва. Поскольку гранату бросают рукой, до-
биться этого сравнительно трудно. Направленный взрыв лучше обеспечивается у магнитной кумулятивной мины (рис. 321). Она имеет форму воронки с прикрепленными к ней постоянными магнитами. Магниты удерживают мину на броне танка. После установки мины на броне из нее выдергивают чеку. Взрыв происходит с некоторым запаздыванием, достаточным для того, чтобы устанавливающий мину мог отбежать от танка или укрыться в окоп.
Поставить мину на движущийся танк — дело нелегкое, поэтому магнитные мины применялись редко.
Дальнейшим развитием индивидуальных бронебойных средств явилось использование кумулятивных мин, выбрасываемых
Дверца центрального запала
Петля для выдергивания чеки
Корпус с помещенным внутри боевым зарядом
Рукоятка с помещенным внутри ударным и предохранительным механизмами
Перед метанием гранаты необходимо выдернуть чеку /
Рис. 319. Ручная противотанковая граната
Рис. 320. Зажигательные бутылки с самовоспламеняющейся (А) и зажигаемой от ампулы (А) жидкостью и применение бутылок
энергией взрывчатого вещества. Разумеется, дальность их действия зна
чительно выше, чем ручных гранат.
Чтобы не затруднять переноски, оружие, метающее мины, должно быть легким, а для удобства ведения огня—иметь возможно меньшую отдачу при выстреле. Это обеспечивается использо(ванием динамо-реак
тивных или реактивных средств.
Так, например, у динамо-реактивного ружья (рис. 322) ствол представляет собой трубу, в которую укладывается боевой заряд, выбрасывающий мину. С дульной части в ствол вводится шток кумулятивной
Рис. 321. Установка магнитной кумулятивной мины
мины с оперением, служащим для ее стабилизации в полете. Оперение состоит из тонких стальных пластин, свернутых в трубку и развертывающихся после вылета мины из трубы.
При выстреле часть газов выходит из ствола назад, что значительно уменьшает отдачу. Этим динамо - реактивное оружие и отличается от обычного ружья,
в котором казенная часть ствола при выстреле закрыта и целиком воспринимает давление газов.
Ствол ружья снабжен примитивным прицельным приспособлением. Огонь ведется с руки или с деревянного станка на небольшое расстояние (дальность).
Рис. 322. Динамо-реактивное противотанковое оружие
стреляющее кумулятивными минами
В реактивной кумулятивной мине (рис. 323) заряд, движущий мину, находится в ней самой. Мина движется реактивным способом, как бы отталкиваясь от струи газов, вытекающих через сопло, находящееся в задней части трубы и представляющее собой расширяющийся кусок трубы. «Ружье» для этой мины служит таким образом только направляющей трубой. На нем также смонтирован плечевой упор, прицел и устройство для воспламенения реактивного заряда мины электрическим током. Электрическая энергия для этой цели вырабатывается специальным маленьким генератором (импульсатором). При спуске ударника связанный с ним намагниченный стер-
жень, перемещаясь в соленоиде, создает импульс электрического тока, накаливающего волосок электрозапала.
ГУСЕНИЧНАЯ ТОРПЕДА
Как уже указывалось, пробивная сила при направленном взрыве в не
„ Груба с метательным зарядом
Предохранительная шпилька ri Электрозапал
Взрыватель
Головная часть мины с зарядом Сопло с хвостовым оперением
сколько раз выше,
чем при ненаправ- Рис. 323. Реактивное противотанковое оружие, стреляю-ленном, поэтому не- щее кумулятивными минами
направленный взрыв
представляет серьезную опасность для брони танка лишь при достаточно большом количестве взрывчатого вещества. В качестве примера противотанкового оружия ненаправленного фугасного действия приведем гусеничную торпеду, применявшуюся во время второй мировой войны. Один из образцов такой торпеды дан на рис. 324, а на рис. 325 показано применение торпеды.
Торпеда представляет собой маленькую гусеничную машину. Она снабжена барабаном, на который наматывается электропровод. Концы провода присоединены к коробке управления, имеющей три кнопки; две из них служат для управления торпедой, третья — для производства взрыва. На торпеде установлены аккумуляторные батареи; по бортам поставлены два электромотора стартерного типа.
Рис. 324. Гусеничная торпеда, управляемая по проводам
При одновременном нажатии на две крайние кнопки торпеда движется прямо, при нажатии на одну из крайних кнопок .поворачивается в ту или иную сторону.
Рис. 325. Применение гусеничной торпеды
Взрыв торпеды может произойти и в том случае, если танк наедет на нее. Торпеду можно обезвредить, перерезав провода, при помощи которых управляют ею, или расстрелять.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
Огневая мощь танка обеспечивается мощностью вооружения, применяемого для выполнения многочисленных и разнообразных огневых задач, возникающих в бою, наличием достаточного боевого комплекта, подготовленностью и слаженностью в работе экипажа, а также созданием условий для лучшего использования вооружения в танке.
Скоротечность танкового боя, необходимость вести огонь с хода, большое количество целей, которые могут появляться одновременно на различных направлениях и на разных дальностях, подвижность многих целей — все это повышает требования к мощности и маневренности огня.
Плохая видимость из танка, затрудненные условия работы экипажа в ограниченном пространстве боевого отделения и, наконец, колебания корпуса танка — все это снижает вероятность поражения цели и уменьшает скорострельность. Поэтому повышение огневой мощи танков достигалось путем совершенствования танкового оружия, приспособления его к особым условиям работы в танке и улучшения.этих условий.
В данной главе мы познакомимся с основами устройства танкового оружия (подробное изучение которого является предметом специальных курсов), с особенностями работы оружия в танке и способами повышения огневой мощи танка.
ВООРУЖЕНИЕ
ВИДЫ ОРУЖИЯ
Танки второй мировой войны были вооружены, как правило, одной пушкой и несколькими пулеметами (рис. 326). Причем пушка, спаренная с одним пулеметом (рис. 327), реже с двумя, устанавливалась во вращающейся башне с круговым обстрелом. Дополнительно пулеметы ставились в лобовом листе или по бокам в передней части корпуса танка. Чаще всего их устанавливали неподвижно, так что огонь можно было вести только в направлении движения (по курсу) танка; стрелял из этих пулеметов механик-водитель. Такие пулеметы получили название курсовых (рис. 328). Лобовой пулемет, специально обслуживаемый стрелком, монтировался в шаровой установке (рис. 329). Такой пулемет можно было поворачивать на большой угол в горизонтальной плоскости и придавать ему углы возвышения для ведения прицельного огня. Сравнительно редко в башне устанавливался дополнительный пулемет (рис. 328).
Танковые пулеметы (рис. 330) по своему устройству мало чем отличаются от пехотных. Автоматическое действие танкового пулемета осуществляется путем отвода части пороховых газов в специальную газовую
Рис. 326. Установка вооружения в танке
Рис. 327. Спаренная установка (вид со стороны пулемета)
камору. Под действием газов движется поршень, перемещая при выстреле затворную раму с затвором назад; к концу этого движения извлекается из ствола и выбрасывается стреляная гильза. Возвратная пружина воз-вращает затворную раму в переднее положение и досылает в ствол очередной патрон, после чего затвор надежно запирает ствол, при этом автоматически производится очередной выстрел.
Рис. 328. Размещение вооружения в башне.
Видна установка кормового пулемета, а такжз курсовых пулеметов в подбашенной коробке
Рис. 329. Пулемет в наклонном лобовом листе
корпуса (в шаровой установке)
Автоматическое действие пулемета обеспечивает высокий темп стрельбы: до 500—600 выстрелов в минуту. Однако темп стрельбы не следует смешивать с практической скорострельностью. Темпом стрельбы называется количество выстрелов, которое можно сделать из пулемета за единицу времени при непрерывной стрельбе. Но практически из пуле-
Вертикальный движок
Горизонтальныц движок
Диоптрический прицел
Упорная трубка возвратнобоевой пружины
Пламегаситель
Ствол
Ствольная коробка
Газовая камора с регулятором
Направляющая трубка газового поршня
Планшайба для крепления п в шаровой установке
Спусковая рама
Наплечник
Плечевой упор
Г ильзоулавливатель
Магазин
Рис. 330. Танковый пулемет ДТМ системы Дегтярева
мета нельзя непрерывно делать 500—600 выстрелов в минуту хотя бы потому, что не хватит для этого патронов, имеющихся в одном магазине. Практическая скорострельность пулеметов составляет около 100 выстрелов в минуту.
Огонь из пулемета можно вести одиночными выстрелами, короткими и длинными очередями. Длина очереди, т. е. число патронов, выпускаемых без перерыва, ограничивается главным образом нагревом ствола. Из некоторых пулеметов можно сделать без перерыва до 200—300 и даже более выстрелов.
Пулеметы заряжаются патронами из магазинов (дисков) или лент. Танковые пулеметы удобнее заряжать из лент. В ленте помещается больше патронов, чем в магазине, ввиду чего пулемет приходится реже перезаряжать.
Танковые пулеметы, как и пехотные, предназначены главным образом для борьбы с живой силой на небольших дальностях (до 500—600 л/). Основным оружием танка является пушка. Пушка позволяет решать гораздо более разнообразные огневые задачи на различных дальностях: уничтожать живую силу противника, бороться с его танками и т. д.
Другие виды вооружения — огнеметы и минометы — не получили на танках широкого распространения, хотя были созданы образцы огнеметных танков, а некоторые танки снабжались в дополнение к пушке и пулеметам также и минометами, в частности многоствольными реактивными установками. В качестве дополнительного оружия прочно внедрились на танках зенитные пулеметы, устанавливаемые на башне в специальных поворачивающихся станках — турельных установках или на вращающихся крышках люков (рис. 331). Из зенитного пулемета можно вести огонь не только по воздушным, но и по наземным целям (рис. 331, слева внизу),
Коллиматорный прицел
Приемник Ствольная коробка Рамочный прицел Коллиматорный прицел
Затыльник
Дульный
Основание мушки тормоз О мушкой.
Стрельба из пулемета по зенитной цели
Общий вид зенитной установки с пулеметом ДШК на командирской башенке танка
Стрельба из пулемета по наземной^цёдц
Магазит коробка
Рис. 331. Танковая зенитная установка с пулеметом ДШК системы Дегтярева — Шпагина
Ствол
Газовая камора с регулятором
Направляющая поршня
Затворная рама
Цапфа люльки Уравновешивающий механизм (компенсатор) Кронштейн установки Крышка люка командирской башенки
Патронная лента
УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ ОГНЯ ТАНКОВЫХ ПУШЕК
Мощность огня танковой пушки зависит от калибра пушки, ее практической скорострельности и способности снарядов вывести цель из строя.
Целью для танковой пушки может быть живая сила противника, его огневые точки, ДЗОТ, артиллерийские орудия, танки противника и т. п.
Из предыдущей главы известно, что пробивную силу бронебойного снаряда можно повысить, увеличивая калибр и повышая начальную скорость снаряда. В годы второй мировой войны в связи с увеличением толщины брони танков непрерывно увеличивались как калибр, так и начальная скорость снарядов танковых пушек.
Наилучшие результаты с точки зрения повышения мощности огня дает одновременное увеличение калибра и начальной скорости снаряда, но добиться этого трудно.
Увеличение калибра приводит к увеличению размеров пушки. Это затрудняет установку пушки, стесняет работу экипажа и вызывает
необходимость расширять основание (погон) башни. С увеличением веса пушки повышаются усилия, необходимые для работы с механизмами наводки. Но самым отрицательным последствием увеличения калибра является утяжеление снаряда. Можно считать, что вес снаряда растет примерно в кубической зависимости от калибра, т. е. с увеличением калибра в 1х/2 раза снаряд делается тяжелее почти вчетверо, а с увеличением вдвое — в восемь раз. Такое увеличение веса снаряда приводит к сильному затруднению заряжания, резкому снижению скорострельности пушки; для пушек калибром более 100 мм невозможно применять унитарный патрон (снаряд, собранный вместе с гильзой), в связи с чем еще более удлиняется время заряжания. Кроме того, с увеличением размера снарядов уменьшается их запас в танке: большое число крупнокалиберных снарядов трудно разместить.
Начальная скорость снаряда зависит от его веса, давления пороховых газов на дно снаряда и длины пути, на протяжении которого это давление действует на снаряд. Уменьшая вес снаряда, можно значительно повысить начальную скорость; так это и делается в подкалибер-ных снарядах. Но при этом значительно ослабляется бронебойное действие снарядов на больших дальностях.
Давление газов в стволе можно повысить, либо увеличивая вес порохового заряда, либо увеличивая плотность заряжания (размещая заряд в меньшем объеме). Повышать давление весьма нежелательно, так как увеличиваются силы, действующие на детали орудия. Между тем начальная скорость снаряда растет гораздо медленнее, чем давление. Так, при повышении давления на 4—6% начальная скорость возрастает всего на 1—2%, поэтому такой способ увеличения начальной скорости не является достаточно эффективным.
Что касается длины пути, на котором газы действуют на дно снаряда,, то увеличить его можно только удлиняя ствол. Удлинение ствола на 3% дает повышение начальной скорости примерно на 1 % (такая зависимость справедлива только для сравнительно небольших удлинений ствола). Этим способом увеличения начальной скорости широко пользовались при создании танковых пушек в годы второй мировой войны.
Но и этот способ повышения начальной скорости сопряжен с рядом отрицательных сторон. Для уравновешивания длинного ствола требуются специальные механизмы, занимающие место в башне. Танку с длинноствольной пушкой трудно маневрировать в населенных пунктах, лесах и т. п., так как ствол значительно выходит за габариты танка. В случае преодоления танком препятствий ствол утыкается в землю, а пушка с загрязненным стволом может выйти из строя при выстреле.
Поэтому, определяя пути повышения начальной скорости снаряда,, учитывают достоинства и недостатки каждого из них и используют сочетание различных способов одновременно.
УСТРОЙСТВО ТАНКОВОЙ ПУШКИ
ствол
Прототипом танковой пушки является обычная полевая пушка. Однако особенности размещения и работы танковой пушки предопределяют ее отличие от полевой.
Остановимся на устройстве танковой пушки, показанной на рис. 332 и 333.
Ствол пушки представляет собой длинную трубу, в которой под дав лением пороховых газов движется снаряд (рис. 334). Начальная око-322
Рис. 332. Вид танковой пушки сбоку
рость снаряда и скорость его вращения, обеспечивающая устойчивость в полете, в основном определяются условиями движения снаряда в стволе.
Внутренняя полость ствола называется каналом. Канал имеет нарезы, в которые врезается снаряд ведущим медным пояском; двигаясь по нарезам, снаряд вращается. В казенной части ствола находится камора или патронник, куда помещается гильза с боевым зарядом. Камора сопрягается с нарезной частью соединительным конусом (рис. 335).
Поскольку давление газов в стволе весьма значительно (см. рис. 334), ствол должен обладать высокой прочностью. Утолщение стенок ствола повышает прочность лишь до известных пределов, так как чем дальше отстоит кольцевой слой металла от внутренней стенки, тем меньшую часть нагрузки от поперечных усилий он воспринимает. Поэтому
Рис. 333. Вид танковой пушки сверху
Рис. 334. Ствол пушки.
Кривые показывают изменение давления газов и скорости снаряда при его движении в стволе
Скорость в м/сек
Рис. 335. Казенная часть ствола пушки со снарядом
после известного предела утолщение стенки ствола нецелесообразно (прочность не повышается, а ствол утяжеляется). Разработаны различные способы повышения прочности ствола, главным образом путем изготовления его в виде сочетания двух труб. Однако стволы танковых пушек, как правило, делают из одной трубы (моноблок), прочность же обеспечивается применением легированных сталей и соответствующей термической обработкой ствола.
ЗАТВОР
Затвор состоит из запирающего, ударного и выбрасывающего механизмов и полуавтоматики. Запирающий механизм прочно запирает канал ствола при выстреле, не допуская прорыва пороховых газов в боевое отделение. Ударный механизм служит для производства выстрела, а выбрасывающий механизм для удаления из ствола стреляной гильзы.
Стопор оси. кривошипа^, Ось кривошипа'—
Клин затвора}
Кривошип
о °
4 Рукоятна затвора
Рычаг оси взвода
Затвор закрыт
Казенная часть
Крышка ударника
Копир
Кулачок полуавтоматики
Рис. 336. Вертикальный клиновой затвор танковой пушки
Затвор открыт
Та часть ствола, в которой выполнено гнездо для затвора, называется казенной частью.
Затворы пушек бывают клиновые и поршневые.
Основная деталь клинового затвора (рис. 336) — массивный стальной клин. Передняя грань клина (зеркало клина), запирающая канал ствола, расположена под прямым углом к оси ствола, задняя наклонная грань скользит по наклонному срезу казенной части, заставляя клин смещаться: вперед—при закрывании затвора и назад — при открывании* Угол наклона грани подбирается так, что затвор при воздействии на него силы давления газов открыться не может (самотормозится).
Рис. 337. Горизонтальный клиновой (4) и поршневой (Б) затворы пушек
Движение клина может быть вертикальным (как на рис. 336) или горизонтальным (рис. 337, Л).
Основная часть поршневого затвора (рис. 337, Б) представляет собой нарезную деталь (поршень), ввинчивающуюся при закрывании в резьбу казенной части.
На танках применяются почти исключительно клиновые затворы. Это объясняется рядом их преимуществ по сравнению с поршневыми.
Клин тяжелее поршня, это позволяет легче уравновесить ствол. Несмотря на большую тяжесть, клин открывается и закрывается легче и быстрее, чем поршень.
Движение клина — простое, прямолинейное, а поршня — сложное: вращение вокруг оси рукоятки и относительно собственной оси. Для открытого клинового затвора в башне требуется оставлять меньше свободного места, чем для поршневого.
Сокращение времени на открывание и закрывание затвора позволяет значительно повысить практическую скорострельность пушки, что особенно важно для танков. Поэтому танковые пушки, как правило, снабжаются полуавтоматическим затвором. Для автоматического закрывания и открывания затвора и выбрасывания стреляной гильзы используется часть энергии отката или наката ствола после выстрела (см. ниже).
На рис. 338 показано одно из устройств полуавтоматики копирного типа, применяемое в танковых пушках. Основными деталями этого устройства являются: кулачок полуавтоматики, связанный с осью кривошипа, при помощи которого открывается затвор, и с нажимным стаканом закрывающей пружины; копир, который может поворачиваться на вертикальной оси; закрывающая пружина, помещенная в упорном стакане. Кулачок полуавтоматики в задней части имеет скос, ясно видный на рисунке. Скос имеется и на копире. При откате ствола пушки (при выстреле) скошенная часть кулачка полуавтоматики набегает на скошенную часть копира и отжимает его в сторону, поворачивая на оси (рис. 339, Л). Как кулачок, так и связанные с ним детали, в том числе и кривошип затвора, не перемещаются относительно затвора. Вследствие
Рис. 338. Полуавтоматика копирного типа танковой пушки и ее детали
Рис. 339. Последовательные положения деталей полуавтоматики затвора пушки при автоматическом открывании затвора
' Казенная часть
Стопор упора
Поджим выбрасывателей
Клин затвора
клина
Нижний выступ
Рычав оси выбрасывателей
Захват для гильзы
Отверстие , для бойка । в теле клина
Правый выбрасыватель
При движении затвора вниз кулачки выбрасывателей резко ударяют по нижним выступам выбрасывателей
Рис. 340. Выбрасывающий механизм пушки
Кулачок выбрасыва-'^ теля
Зеркало клина
Гильза
Левый брасыватель
Ось выбрасывателей
этого затвор остается закрытым. После того как кулачок проскочит копир, последний под действием специальной пружины возвращается в прежнее положение. При накате ствола пушки кулачок своей передней цилиндрической частью наскакивает на заднюю наклонную поверхность копира (профиль) и, скользя по ней, поворачивает ось с кривошипом и открывает затвор (рис. 339, Б). При опускании клина затвора кулачки выбрасывателей (рис. 340), закрепленные на клине, резко ударяют по нижним выступам выбрасывателей. Выбрасыватели, поворачиваясь, выбрасывают своими захватами гильзу, после чего лапки выбрасывателей заскакивают за выступы кулачков на клине и удерживают клин в нижнем положении. При этом закрывающая пружина оказывается сжатой (рис. 339, В).
При заряжании закраина гильзы сбивает лапки выбрасывателей с кулачков клина. Закрывающая пружина, разжимаясь, перемещает нажимной стакан и через кулачок и кривошип закрывает затвор.
Для производства первого выстрела затвор открывается вручную рукояткой затвора, которая при помощи защелки соединяется с кривошипом затвора (рис. 341).
Рис. 341. Последовательные положения механизмов при ручном открывании затвора
Как видно из описания, при наличии полуавтоматики вручную производится только заряжание и сам выстрел. Если автоматизируются и эти две операции, пушка становится автоматической. Для пушек средних ?и больших калибров автоматическое заряжание, требующее непрерывной подачи снарядов к пушке, еще не нашло применения. Автоматическими бывают только малокалиберные танковые пушки,
Спусковой механизм в сочетании с ударным механизмом, смонтированным в затворе пушки, служит для производства выстрела. Производство выстрела кажется очень простой операцией. Действительно, чтобы выстрелить, достаточно спустить ударник, боек которого разбивает капсюль и тем самым воспламеняет боевой заряд.
Однако возможность поражения целей при стрельбе из танков находится в большой зависимости от устройства и действия спускового механизма. Дело в том, что при стрельбе всегда происходит запаздывание выстрела. Запаздыванием выстрела называется промежуток времени от момента, когда стрелок решил произвести выстрел, до момента вылета снаряда из канала ствола.
Выстрел запаздывает потому, что стрелок, приняв решение, не сразу воздействует на спусковой механизм, а детали спускового механизма и ударного механизма не могут мгновенно передать движение ударнику (запаздывание спуска). Кроме того, требуется некоторое время для воспламенения заряда и движения снаряда по стволу орудия.
Время запаздывания очень невелико. Так, даже при самом несовершенном устройстве спускового механизма оно составляет всего около одной пятой доли секунды. Более половины времени запаздывания выстрела приходится на долю запаздывания спускового механизма, а значительная часть остатка — на запаздывание ударного меха
низма.
Если стрельба ведется с места, даже по движущейся цели, запаздывание не имеет существенного значения. Время запаздывания значи-
тельно меньше времени полета снаряда до цели, учитываемого стрелком, который при наводке орудия вносит поправки на движение цели.
Иначе обстоит дело при стрельбе с хода. Движущийся танк, а с ним и пушка непрерывно колеблются. Среди различных видов колебаний (они будут подробнее рассмотрены дальше) существенную роль играют продольные угловые колебания. При этих колебаниях ствол орудия то поднимается, то опускается.
Если за одну секунду ствол отклонится на 5° — сравнительно небольшая скорость колебания — и за время запазды-вания дульный срез ствола приподнимется всего на несколько десятков миллиметров, то снаряд только из-за запаздывания спуска (другие причины не учитываем) при стрельбе на 1000 л/ уйдет почти на двойную дальность — около 2000 м.
Отсюда видно, какое огромное значение для повышения
Рис. 342» Ручной спусковой механизм
механизма пушки.
Рис. 343. Ножной спусковой механизм
точности стрельбы имеет устройство спускового механизма, обеспечивающее уменьшение запаздывания выстрела.
Кроме того, спусковой механизм должен быть устроен и расположен так, чтобы в момент выстрела стрелку не нужно было отвлекаться от наблюдения за целью и убирать руки с маховичков механизмов наводки. Только при этом условии стрелок может видеть результаты стрельбы и при необходимости быстро уточнить наводку перед следующим выстрелом. Из сказанного следует, что усилие для производства выстрела должно быть небольшим, а рычаг или кнопку спуска лучше всего располагать на маховичках механизмов наводки.
На рис. 342 и 343 показаны механические спусковые механизмы с ручным и ножным спуском. На рис. 344 показан ударный механизм
Рычажное устройство
Кнопка электроспуска пулемета
Рис. 345. Электромагнитные спусковые механизмы спаренной установки и курсового пулемета
Электромагнит
затвора, представляющий собой систему рычагов, посредством которых ударник при открывании затвора отводится назад (взводится), удерживается во взведенном положении и освобождается при нажатии на спуск, что позволяет боевой пружине энергично подать ударник вперед.
Ручной и особенно ножной спусковые механизмы дают большое запаздывание выстрела, иногда достигающее 0,3 секунды. Причина этого — значительный мертвый ход, возникающий вследствие большого числа шарнирных соединений деталей в спусковых механизмах.
Применение электромагнитного спускового механизма (рис. 345) сокращает запаздывание спуска и уменьшает усилие для спуска. Электромагнитный спусковой механизм позволяет легко установить предохранитель, не допускающий производства выстрела до полной готовности пушки. Чаще всего с этой целью автоматически размыкается электрическая цепь спускового механизма после каждого выстрела (при откате). Для замыкания цепи заряжающий должен нажать на кнопку после того, как пушка заряжена и сам заряжающий занял полагающееся ему место.
При электромагнитном спуске запаздывание все же остается относительно большим, поскольку сохраняется более или менее сложная система рычагов, а сам электромагнит также срабатывает с некоторым запаздыванием.
Лучший результат дает применение электрозапала. Запаздывание выстрела при этом уменьшается в 6—7 раз, составляя сотые доли секунды вместо десятых. Схема электрозапала показана на рис. 346. В момент нажатия на кнопку спуска ток проходит через систему контактов в ударник затвора, а оттуда — в нити накала, смонтированные в капсюльной втулке гильзы. Накаленные
Рис. 346. Схема электрического запала (вид в плане)
электрическим током нити приводят в действие воспламенитель, который зажигает боевой заряд. В цепи может быть предусмотрена любая система предохранителей, исключающих случайный или преждевременный выстрел. Время срабатывания запала определяется только продолжительностью накала нитей до необходимой температуры.
Электрозапал не получил в танковых пушках широкого распространения, прежде всего, из-за того, что для него требуются специального устройства втулки гильзы и, следовательно, исключается
взаимозаменяемость снарядов полевой и танковой артиллерии. Кроме того, необходимость иметь ряд разъединяющихся контактов — в самом спуске, в предохранителях, в электрической цепи к затвору и от затвора к капсюльной втулке — делает систему недостаточно надежной, не говоря уже о зависимости ее от состояния источников тока и проводов в танке. Эти обстоятельства заставляют обязательно иметь дополнительный механический спуск, что усложняет устройство затвора, спускового механизма и гильзы.
ПРОТИВООТКАТНЫЕ УСТРОЙСТВА
На дно канала при выстреле действует огромная сила. Для 85-лш пушки наибольшее значение этой силы достигает 150 т.
Если закрепить ствол пушки неподвижно, эта сила, нарастающая с огромной быстротой, вызовет сильнейший удар, передающийся на все детали, связанные с пушкой, и может быть причиной серьезной аварии, например срыва башни или опрокидывания танка. Помимо этого, работа экипажа в таких условиях была бы совершенно невозможна.
Большую, но кратковременно действующую силу можно заменить, меньшей, действующей более длительно. Это осуществляется посредством торможения отката ствола. При откате основная часть энергии пороховых газов, действующих на ствол, превращается в тепло; остальная энергия накапливается и используется затем для наката, т. е. для возвращения ствола в первоначальное положение.
Чем больше длина отката, тем меньше сила сопротивления, передающаяся на неоткатные части пушки и, следовательно, на башню. Но в танке ограниченность места не позволяет производить большой откат. Кроме того, условия установки пушки в танке допускают значительно большее сопротивление откату, чем для полевой пушки. Устойчивость пушки, стоящей на колесах и врытой сошником в землю, конечно, значительно меньше устойчивости танка. Как мы увидим ниже, для смещения заторможенного танка
нужна весьма значительная сила, обычно не менее половины его веса; еще большая сила нужна для опрокидывания танка.
По этим причинам в танковых пушках предусматривают небольшой откат, допуская сопротивление откату в 3—4 раза выше, чем в полевых орудиях.
Энергию отката воспринимают и затем частично используют для наката специальные противооткатные устройства, состоящие из гидравлического (жидкостного) тормоза отката и гидропневмати-ческого накатника (рис. 347). Их подвижные части связаны со стволом пушки, а неподвижные — с деталью, называемой люлькой, на которой пушка устанавливается в башне.
Гидравлический тормоз отката (рис. 348) состоит из поршня со штоком, связанным со
Рис. 347, Расположение противооткатных устройств танковой пушки
Шток поршня
Кольцевой зазор, изменяющийся по мере отката
/( веретено л Клапан модератора Канавка переменного Модератор сечения на внутренней поверхности штока поршня
Направление отката
По Л5 Казенная часть
Вере т ено,
Шток поршня
Цилиндр тормоза
Поршень
Кольцевой зазор, изменяющийся по мере отката
Веретено
Канавка переменного сечения на внутренней поверхности штока поршня
Цилиндр тормоза
Направление I отката
Канавна переменного сечения
Шток » поршня
Казенная часть
________ ’8»
Модератор Клапан модератора
Рис. 348. Схема и устройство гидравлического тормоза отката
стволом пушки, и цилиндра, установленного на люльке. В цилиндр ввернуто веретено переменного сечения, проходящее во внутреннюю полость штока. Цилиндр заполнен жидкостью, чаще всего смесью глицерина с водой (стеол).
При откате ствола жидкость, вытесняемая поршнем, проходит из одной части цилиндра в другую через отверстия в поршне, через кольцевой зазор между днищем поршня и веретеном. Небольшая величина этого зазора и большая скорость движения поршня приводят к тому, что жидкость встречает значительное гидравлическое сопротивление, на преодоление которого затрачивается энергия отката; вследствие этого движение ствола при откате тормозится. По мере отката величина кольцевого зазора между веретеном и днищем поршня уменьшается, сходя на нет к концу отката. Сопротивление жидкости при прохождении ее через постепенно уменьшающийся кольцевой зазор возрастает, что вызывает повышение температуры жидкости.
Некоторая часть жидкости при откате, отжав клапан в головке веретена (клапан модератора), проходит в заднюю полость штока. При 336
Направление наката
Соединительное отверстие
Шток с поршнем, соединенный со стволом пушки
Цилиндр, наполненный жидкостью
Казенная часть
Соединительное отверстие
У/Цилиндр, наполненный жидкостью
Люлька пушки оздушный цилиндр
Воздушный цилиндр
Рис. 349, Схема и устройство гидропневматического накатника
накате основная часть жидкости успевает сравнительно свободно возвратиться под поршень через кольцевой зазор, поскольку скорость наката невелика. Жидкость же из-под головки веретена, прижав клапан, может вернуться только через узкие канавки переменного сечения, сделанные внутри штока. Сопротивление перетеканию жидкости тормозит движение ствола при накате. Следовательно, тормоз отката служит также и тормозом наката. Такой тормоз необходим, чтобы избежать резких ударов в конце наката.
На рис. 349 показаны схема и устройство гидропневматического накатника. Он состоит из двух цилиндров, сообщающихся между собой отверстиями. Внутренний цилиндр заполнен жидкостью целиком, наружный — частично, так что некоторый объем над жидкостью заполнен воздухом под давлением до 50 ат. Давление передается жидкости, которая действует на поршень, связанный со стволом. Благодаря этому ствол удерживается в переднем положении при наклонах пушки, не отходит назад при случайных толчках и энергично накатывается вперед, несмотря на сопротивление в тормозе.
При откате поршень вытесняет жидкость из внутреннего цилиндра в наружный, вследствие чего воздух дополнительно сжимается
Рис. 350. Устройство и схема действия дульного тормоза активного (4) и реактивного (Б) типа
в 2—3 раза, накапливая, подобно пружине, энергию для последующего наката. Таким образом, жидкость в накатнике служит только для передачи давления от воздуха к поршню или обратно. Ее применяют потому, что легче предотвратить утечку вязкой жидкости, чем сжатого воздуха, который легко мог бы вытечь через уплотнения. Поэтому уровень жидкости всегда поддерживают с таким расчетом, чтобы соединительные отверстия цилиндра при любом наклоне его были закрыты жидкостью.
Увеличение мощности огня танковых пушек связано с ростом энергии отката. Чтобы поглотить ее, надо увеличить либо длину отката, либо силу сопротивления. И то и другое допустимо лишь до известных пределов.
Применение дульных тормозов (рис. 350) позволяет уменьшить длину отката, не увеличивая сопротивления. Для этого
используются те же газы, которые выбрасывают снаряд из пушки.
Представим себе, что перед дульным срезом, параллельно ему, поставлено несколько колец. Вырывающиеся из канала ствола газы будут давить на кольца и толкать их вперед. Если соединить кольца со стволом, они будут тормозить его откат. На этом основано действие дульного тормоза активного действия (рис. 350, /4).
Если дать газам выход назад через наклонные щели в тормозе (рис. 350, Б), то на переднюю стенку щелей будет действовать реакция газовой струи, направленная вперед, как в реактивном снаряде. Так действует реактивный дульный тормоз.
На практике применяются тормоза обоих типов, а также активнореактивные тормоза, сочетающие тот и другой принцип действия. Дульный тормоз может поглотить большую часть энергии отката. Однако его использование затрудняет наблюдение за целью после выстрела, так как при выстреле поднимается пыль. Направление сильной струи газов назад, на танк, создает опасность для бойцов-десантников, находящихся
на его броне. При срыве тормоза пушка выходит из строя ввиду увеличения длины отката сверх допустимых пределов. Чтобы ослабить действие этих неблагоприятных обстоятельств, возможности тормоза используют неполностью, заставляя его поглощать примерно 20—30% энергии отката.
ПРОДУВКА СТВОЛА
Одной из причин, сильно затрудняющих работу экипажа и поэтому снижающих огневую мощь танка, является насыщение воздуха в боевом отделении пороховыми газами, содержащими ядовитый газ — окись углерода (угарный газ).
Вентилятор обеспечивал удовлетворительную очистку боевого отделения от пороховых газов, пока на танках применялись пушки сравнительно небольших калибров. При современных мощных танковых пушках одного только вентилятора для этого уже недостаточно. Усиление вентиляции приведет к увеличению размеров люков и отверстий в броне и потребует большого расхода энергии двигателя на вентиляцию. Поэтому на некоторых танках во вторую мировую войну была применена продувка стволов сжатым воздухом после каждого выстрела. Подача воздуха осуществлялась автоматически в момент открывания затвора механизмом полуавтоматики. Струя воздуха, вытесняя оставшиеся пороховые газы вперед, препятствовала их выходу в башню и помогала рассеять газы перед стволом.
Источником сжатого воздуха может служить специальный компрессор, приводимый в действие двигателем танка, или баллон со сжатым воздухом, заряжаемый на зарядной станции.
Поскольку значительная часть газов попадает в боевое отделение из стреляной гильзы, кроме продувки ствола, желательно применять принудительный отсос газов из гильзоулавливателя. Разумеется, вентиляция башни остается необходимой и при наличии всех этих устройств.
БОЕВОЙ КОМПЛЕКТ. ЗАРЯЖАНИЕ ПУШКИ
Положенное по норме количество возимых в танке боеприпасов составляет его боевой комплект. Боевой комплект состоит в основном из пулеметных патронов и артиллерийских выстрелов.
Пулеметные патроны (а также патроны к автоматическим пушкам) размещаются либо в дисках (магазинах), либо в лентах. Действие пружины магазина или движение ленты обеспечивает подачу патрона в патронник при открывании затвора (после каждого выстрела).
Артиллерийский выстрел, состоящий из снаряда, боевого заряда (пороха), гильзы и некоторых дополнительных элементов, может быть объединен в унитарном патроне (выстрел патронного заряжания) или разделен на снаряд и заряд (выстрел раздельного заряжания — гильзового или картузного) (рис. 351). В обоих случаях полуавтоматические и неавтоматические пушки заряжаются вручную. Конечно, зарядить пушку унитарным патроном можно гораздо быстрее, чем вкладывая в ствол в два приема снаряд и гильзу с зарядом. Для танковой пушки, скорострельность которой является одним из важнейших требований, преимущества патронного заряжания очевидны, а его основной недостаток — невозможность изменять величину заряда и тем воздействовать на вид траектории (линии полета снаряда) — несуществен. Однако при больших калибрах (более 100 мм) вес и размеры выстрела настолько увеличиваются, что невозможно зарядить пушку унитарным патроном вручную,
Унитарный патрон
Снаряд
Гильза
Боевой заряд (порох)
Карточная крышка
Капсюльная втулка
Б
Рис. 351. Выстрелы патронного и раздельного заряжания:
А — выстрел со снарядом, имеющим бронебойный наконечник: Б — выстрел для пушки с коническим каналом ствола
Выстрел раздельного гильзового заряжания *. .да- Igi- к
и разместить такие патроны в танке весьма затруднительно. С целью уменьшить трудности при заряжании пушек таких калибров переходят к выстрелам раздельного заряжания.
Величина боевого комплекта теоретически определяется количеством боеприпасов, необходимых танку на период напряженного боя. При этом, разумеется, учитывается потребность в снарядах различного типа, прежде всего бронебойных — калиберных, подкалиберных, кумулятивных— для борьбы с танками, осколочно-фугасных — против живой силы, артиллерии, огневых точек. Практически величина боевого комплекта
Снаряды в нише башни
Снаряды в носовой части корпуса
Снаряды на правом борту башни
Снаряды в подбашенной коробке
Рис. 352. Схема боеукладки в танке
Снаряды в ящиках на днище боевого отделения,
z Снаряды подбашенной коробке
Пулеметные магазины в подбашенной коробке
Пулеметные магазины башне
, Ящики с пулеметными ^магазинами на днище боевого отделения
Г ’•
Снаряды в носовой части корпуса
определяется условиями его размещения в боевом отделении. Боекомплект должен быть размещен так, чтобы можно было достать унитарный патрон или снаряд и заряд из гнезда, вынести на линию заряжания и подать в ствол.
Рис. 353. Устройство боеукладок для снарядов и .магазинов:
А — рамочная укладка снарядов; Б — хомути-ковая укладка снарядов; В — рамочная укладка для пулеметных магазинов
Для 75<юи пушки боевой комплект может достичь 100 выстрелов и больше. С увеличением калибра пушки боекомплект резко уменьшается. Часто он не превышает 20—30 выстрелов.
Боекомплект на один пулемет нормального калибра составляет две-три тысячи патронов, для крупнокалиберного значительно меньше.
Примерное размещение боекомплекта в боевом отделении танка показано на рис. 352, а устройство боеукладок для снарядов и магазинов — на рис. 353.
МАНЕВР ОГНЕМ
Маневр огнем танкового оружия — это способность оружия изменять дальность и направление огня.
Маневр огнем обеспечивается установкой оружия во вращающейся башне (имеющей круговой поворот), возможностью придавать оружию различные углы возвышения, а также удобством, легкостью и быстротой изменения положения башни и оружия при помощи соответствующих механизмов.
УСТАНОВКА ОРУЖИЯ. ВЕРТИКАЛЬНАЯ НАВОДКА
Как уже указывалось, ствол пушки связан посредством противооткатных устройств с неоткатной частью пушки — люлькой, которая направляет его движение при откате и накате и служит для установки оружия в башне. Обычно люлька оборудована цапфами, на которых она может качаться относительно башни (см., например, рис. 332). При такой установке качающаяся часть системы — ствол с противооткатными устройствами и люлька — может только наклоняться вверх и вниз. Существует и другой способ установки—на карданных сочленениях, позволяющих системе иметь небольшое горизонтальное перемещение (рис. 354). Этот способ установки пушки применялся на самоходно-артиллерийских установках, у которых нет вращающейся башни, а также в тех легких танках, где пушка снабжалась плечевым упором.
Шаровая бронировка
Рис. 354. Установка танковой пушки в карданном подвесе
С качающейся частью пушки скрепляется бронировка системы, прикрывающая вырез (амбразуру), через которую ствол выходит из башни наружу.
Качание пушки позволяет придавать ей углы возвышения и склонения. Угол возвышения определяет дальность полета снаряда при данной величине боевого заряда. Так как при наведении пушки в цель пользуются шкалами прицелов, на которых нанесены дальности в метрах, то для каждого типа снарядов (а при переменном заряде и для разных за
рядов) делаются особые шкалы. Одному и тому же углу возвышения будут соответствовать разные дальности для разных по весу и форме снарядов и разных по весу зарядов.
Предельный угол возвышения танковых пушек 20—25° (рис. 355). Увеличить его не позволяют условия размещения пушки в башне. Дальнобойность танковой пушки значительно превышает дальность действительного огня, поэтому увеличение угла возвышения желательно главным образом для того, чтобы иметь возможность обстреливать цели, расположенные выше танка, например при бое в горах, в населенных пунктах (стрельба по целям в верхних этажах домов), а также по самолетам.
Рис. 355. Углы возвышения и склонения пушки
В минувшую войну танкисты с этой целью иногда устанавливали свои танки на естественном или искусственно сделанном подъеме. Тогда угол подъема танка складывался с углом возвышения пушки.
Угол склонения, величина которого обычно находится в пределах 5—10°, определяет величину мертвого (необстреливаемого) пространства вокруг танка, которое зависит также от высоты установки орудия над землей. Если танк находится значительно выше цели, мертвое пространство значительно увеличивается. Увеличению предельного угла склонения, так же как и угла возвышения, мешают условия размещения системы в башне, особенно недостаточная высота башни, препятствующая подъему казенной части пушки.
Для придания пушке нужного угла возвышения служит механизм вертикальной наводки, иначе называемый подъемным механизмом. Этот же механизм удерживает пушку в приданном ей положении, не позволяя стволу качаться самопроизвольно. Наиболее распространенный подъемный механизм (рис. 356) состоит из зубчатого сектора, связанного с качающейся частью пушки, и сцепленной с ним шестерни, связанной с некачающимися деталями. Шестерня приводится во вращение маховичком через червячную пару (червяк и червячное колесо). Самоторможение червячной пары обеспечивает сохранение приданного пушке угла возвышения.
Самоторможение червяка, используемое во многих механизмах, заключается в том, что вращение может передаваться только от червяка к червячной шестерне (колесу) и не передается от шестерни к червяку. Иначе говоря, если вращать червяк, то будет вращаться и шестерня; если же попытаться повернуть шестерню, она не только не повернет червяк, но и сама будет тормозиться им. Это явление объясняется действием сил трения, возникающих между червяком и шестерней, и зависит от угла наклона резьбы червяка.
Соотношение размеров шестерен подъемного механизма (передаточное число) выбирают так, чтобы сила на маховичке не превышала допустимой величины. Однако чем эта сила меньше, тем медленнее происходит подъем ствола пушки. Чем тяжелее артиллерийская система и чем хуже она уравновешена, тем больше должно быть передаточное число и тем ниже будет скорость вертикальной наводки. Обычно скорость вертикальной наводки находится в пределах 1—3 градуса в секунду, т. е. наибольший угол возвышения можно придать системе за 10—25 секунд.
Уравновешенной система считается тогда, когда величина силы, необходимой для ее подъема, при любом угле возвышения или склонения одинакова. Если такую систему освободить от тормоза (разъединить червячную пару), она останется в приданном ей положении. Это означает, что центр тяжести системы лежит на оси цапф.
Уравновешивание длинноствольных танковых пушек, особенно пушек крупных калибров, представляет трудную задачу, так как дульная часть оказывается намного тяжелее казенной. Для уравновешивания применяют специальные противовесы, устанавливаемые в казенной часта. Если уравновесить пушку все же не удается, приходится делать специальный уравновешивающий механизм. Такой механизм чаще всего представляет собой пружину или несколько пружин, установленных и соединенных с пушкой так, что при любом угле наклона сила их натяжения полностью уравновешивает систему.
Можно значительно уменьшить силу на маховичке механизма вертикальной наводки или, сохранив величину силы, увеличить скорость наводки, если заменить червячную пару шестеренчатой: в червячной паре до половины передаваемой через нее мощности тратится на трение между червяком и червячным колесом. Однако шестеренчатая передача требует специального тормоза для сохранения приданного стволу пушки угла возвышения, что усложняет механизм вертикальной наводки и делает его менее надежным; поэтому чисто шестеренчатые механизмы вертикальной наводки с отдельным тормозом не получили распространения.
ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ НАВОДКА (ПОВОРОТ БАШНИ)
Горизонтальная наводка, т. е. изменение направления огня, в современных танках осуществляется почти исключительно поворотом всей башни с установленным в ней вооружением. Скорость поворота башни определяется, во-первых, необходимостью быстро переносить огонь с одного направления на другое и, во-вторых, условиями стрельбы с хода и по движущимся целям. Остановимся на этом подробнее.
При стрельбе с хода, когда танк движется не прямо на цель, башню приходится все время поворачивать, чтобы иметь возможность «следить» за целью.
На рис. 357 наглядно показано, что при стрельбе по неподвижной цели угол, на который приходится поворачивать башню за одно и то же время, тем больше, чем ближе к танку находится цель. С увеличением скорости движения величина угла, на который необходимо поворачивать башню за одно и то же время, также возрастает.
Рис. 357. Поворот башни при стрельбе по неподвижной цели
ШШЯШ1ШСг~т
HBIIlBDIfiiniffllBlllinWltJ:
9 _______/л-
II III И III III Ш Ш Ш ffl П1 IB О Ш Ш Ш Ш ш III Ш Ш ш Ш III III HI III III J_
jin 111 III ID in III Ш III IB DI HI III Ш Ш HI HI HI III III HI Ш1П III III III III ID i£Lititz
Рис. 358. Поворот башни при стрельбе по движущейся цели (попутный курс)
Попутный курс
Если цель движется в ту же сторону, что и танк (при попутном курсе, рис. 358), необходимая скорость поворота башни уменьшается тем значительнее, чем больше скорость цели приближается к скорости танка. Когда танк и цель движутся с одинаковой скоростью, башню вообще не приходится поворачивать.
Если направления движения танка и цели противоположны (встречно-параллельный курс, рис. 359), необходимая скорость поворота башни увеличивается тем больше, чем выше скорость цели.
Направления движения
Н Hl Hl ID Л Ш III III III Ш III HI 14 111 III III III HI HI !3 III III iu HI III И in
II ID III Ш » Ш Ш in m И ID HI HI I» III III HI Hi III HI 10 IU III ill III III ill
□g in ID IU 81Ш III Ifl ID 0 SI ID HI III III Ш Щ III 10 Ш Ш III
si 111 ID III ID III 111 III IH 01 mono HI 0110 HI ID Ш III III
Направление движения
Рис. 359. Поворот башни при стрельбе по движущейся цели (встречно-параллельный курс)
Необходимая скорость поворота башни уменьшается, если танк и цель движутся не параллельно, а под некоторым углом друг к другу. Очевидно, что при движении танка прямо на цель башню вообще не нужно поворачивать.
При быстром переносе огня с одного борта на другой башню надо вращать с большой скоростью. Но для точного прицеливания башню следует поворачивать очень медленно, иначе цель «ускользнет» из поля зрения приборов наблюдения; поэтому скорость вращения башни должна 346
Рис» 360. Шариковая опора башни
иметь по крайней мере две ступени — быструю и медленную. Необходимая величина высшей скорости определяется, исходя из скорострельности противотанковых пушек. Поворот на высшей скорости может производиться с постоянным числом оборотов в минуту.
Чтобы облегчить вращение башни, ее устанавливают на шариковой (рис. 360) или роликовой опоре. Шарики укладываются между двумя стальными кольцами (погонами), одно из которых прикреплено к корпусу танка, другое к башне. Погоны предохраняют башню от смещения, а специальные захваты — от срыва при попадании в башню снаряда, при отдаче пушки, ударе о препятствие (например, о дерево в лесу) и т. д. Иногда опоры башни устраивают так, чтобы обойтись без захватов.
МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА БАШНИ И ПРИВОД К НЕМУ
Механизм, при помощи которого поворачивают башню в разные стороны и с разными скоростями, называется механизмом поворота башни или механизмом горизонтальной наводки.
Механизм поворота башни устроен на всех танках примерно одинаково. Он состоит из ведущей шестерни, вал которой установлен в прикрепленном к башне картере механизма, и неподвижного зубчатого венца, изготовляемого, как правило, заодно с нижним погоном, который связан с корпусом танка. Если вращать ведущую шестерню, то она, катясь по венцу, заставит поворачиваться башню.
Различие между механизмами поворота башни определяется тем, какой источник энергии используется для вращения башни и как эта энергия передается от источника к ведущей шестерне.
Для вращения башни обычно используется мускульная энергия наводчика или энергия аккумуляторных батарей.
Передача энергии к механизму поворота может осуществляться через механический, электрический или, наконец, гидравлический (жидкостный) привод.
Механический привод состоит только из валов и шестерен; при помощи этого привода башня поворачивается вручную; в электрическом, кроме того, обязательно есть электромотор, который приводится в действие током от аккумуляторных батарей или от специального генератора, вращаемого двигателем танка.
До войны большинство легких танков имело только ручной привод, а на некоторых поворот башни осуществлялся при помощи плечевых
упоров, без всяких механизмов. Но усилием руки можно развить мощность до 0,1 л. с., а для быстрого вращения башен танков требуется мощность 2—2,5 л. с. Чаще всего на танках применяют механизмы поворота с двойным приводом — ручным механическим, сочетаемым с гидравлическим или электрическим. Электрический привод в зависимости от его устройства (см. выше, глава V) может служить либо только для быстрого переноса огня, либо также и для точной наводки. В последнем случае ручной привод является резервным.
Механизм поворота башни с ручным механическим приводом показан на рис. 361. Здесь вращение маховичка через передаточные шестерни передается ведущей шестерне механизма. Направление вращения башни зависит от направления вращения маховичка. Чтобы башня не могла провернуться при резком повороте танка, толчке или откате пушки, механизм снабжают тормозом, удерживающим башню на месте, когда маховичок не вращается.
В некоторых приводах, чтобы избежать установки тормоза, шестеренчатую передачу заменяют самотормозящейся червячной передачей. Недостатком червячного привода является то, что при попадании снаряда в башню, при ударе стволом пушки о местное препятствие и т. д. возможна поломка червячной шестерни и связанного с ней червяка; поэтому между червячной и ведущей шестернями механизма устанавливают предохранительное фрикционное устройство (рис. 362). При резком ударе фрикцион пробуксовывает и таким образом предохраняет передачу от поломки.
В том случае, когда, кроме ручного привода, имеется электрический, необходим переключатель для перехода с одного привода на другой. Если в приводе использована планетарная передача (рис. 362), можно обойтись без переключателя. В этом случае, как видно из рисунка, маховичок через червячную передачу связан с водилом, вал электромотора
Рис. 361. Механизм поворота башни с ручным механическим приводом.
Видна часть шариковой опоры башни с захватом
Электромотор
червяк
Веней, планетарного механизма
Сателлит
^Ведущая шестерня
Маховичок
Фрикционное, предохранительное устройство
Солнечная шестерня
— Неподвижный венец башни •
Рис. 362. Механизм поворота башни с планетарной передачей в приводе
Червяк
Червячная шестерня
через вторую такую же передачу связан с солнечной шестерней, а венец планетарного механизма через фрикцион — с ведущей шестерней. При вращении маховичка солнечная шестерня заторможена червяком электромотора; когда работает электромотор, червяк маховичка тормозит водило. В обоих случаях ведомой частью передачи служит венец планетарного механизма.
Гидравлический привод механизма поворота башни схематично показан на рис. 363.
Основными частями привода являются гидронасос и гидромотор; последний приводит в действие шестеренчатую передачу поворота башни. Скорость поворота башни регулируется путем изменения производительности гидронасоса.
Гидронасос состоит из двух частей: невращающейся (статора) и вращающейся (ротора). Статор установлен в корпусе насоса так, что он может перемещаться вверх и вниз под действием гайки с наклонной плоскостью, передвигаемой при помощи винта. Ротор, приводимый во вращение электромотором, имеет вырезы, в которые свободно вставлены подвижные лопасти.
Когда ротор находится в среднем (нейтральном) положении (рис. 363), т. е. когда его ось совпадает с осью статора, жидкость не поступает к гидромотору, а лишь перегоняется лопастями по кругу внутри статора: насос работает вхолостую.
Если опустить статор в крайнее нижнее или поднять его в крайнее верхнее положение, лопасти ротора не смогут перегонять жидкость вхолостую. Жидкость, поступающая в насос, будет подаваться гидронасосом к гидромотору. Направление вращения ротора не меняется. Но в зависимости от того, в каком положении находится статор — в верхнем или
Рис. 363. Схема гидравлического привода механизма поворота башни
нижнем, жидкость нагнетается либо в левую (рис. 364, Л), либо в правую (рис. 364, Б) сторону и поступает в гидромотор то с одной, то с другой стороны.
Мы рассмотрели работу гидронасоса в двух случаях: когда ротор находится в среднем положении и в одном из крайних. В первом случае жидкость не перегоняется насосом, во втором насос подает в гидромотор наибольшее количество жидкости. Если установить статор так, что ротор окажется в промежуточном положении, то насос будет работать не на полную мощность. Таким образом, количество жидкости, нагнетаемой насосом при постоянных оборотах, зависит от величины смещения ротора.
Насос такого типа называется коловратным с переменным смещением или, как говорят, с переменным эксцентриситетом ротора. По этому же принципу работают коловратные насосы системы питания двигателя, но у них смещение ротора постоянное.
Рассмотрим теперь гидромотор. Он устроен так же, как и насос, но имеет неперемещающийся статор, поэтому ротор всегда находится в крайнем положении.
Поступая в гидромотор, жидкость давит на его лопасти; при этом вследствие смещения ротора относительно статора площадь нижней лопасти, на которую давит жидкость, всегда больше площади верхней лопасти. На нижнюю лопасть действует большая сила, поэтому ротор вращается в направлении ее действия; направление же силы зависит от того, с какой стороны жидкость подводится к гидромотору.
Скорость вращения ротора, а значит, и башни зависит от количества жидкости, нагнетаемой гидронасосом за одно и то же время. Действительно, через гидромотор за один оборот ротора может пройти лишь определенное количество жидкости, скажем, 1 л. Если насос нагнетает 1000 л в минуту, то, чтобы пропустить через себя всю эту жидкость, ро-350
Рис. 364. Схема работы гидравлического привода механизма поворота башни: А — поворот башни влево: Б — поворот башни вправо
тор гидромотора должен за минуту сделать 1000 оборотов; если насос будет нагнетать 500 л, гидромотор должен будет сделать 500 об/мин и т. д.
Передвигая гайку с наклонной плоскостью (вращая рукоятку управления в ту или иную сторону), можно изменять направление и скорость вращения башни и плавно менять скорость ее вращения; скорость вращения башни плавно изменяется в зависимости от того, на сколько делений повернута рукоятка.
Жидкость, совершившая работу в гидромоторе, возвращается в насос. Убыль (утечку) жидкости можно восполнить при помощи маленького
вспомогательного насоса (см. рис. 363), подающего жидкость из бака к основному насосу через обратный клапан. Это клапан пропускает жидкость только в одном направлении — от вспомогательного насоса к основному. Если жидкости достаточно, вспомогательный насос работает вхолостую.
Два редукционных клапана, из которых один может открываться при вращении башни вправо, а другой — при вращении ее влево, не позволяют давлению жидкости повышаться сверх определенной величины, что могло бы привести к разрыву трубок гидравлической магистрали или к поломке лопастей ротора. Это особенно важно в том случае, когда гидромотор включен при застопоренной или заклиненной башне. Тогда жидкость, не имея возможности провернуть ротор гидромотора, откроет клапан и вернется обратно к гидронасосу, минуя гидромотор (см. рис. 364).
Большое значение имеет способность гидравлического привода быстро останавливать башню после его выключения; гидравлический привод не дает башне повернуться по инерции дальше, чем следует. В самом деле, предположим, что мы выключили привод, установив статор в нейтральное положение. Башня, пытаясь поворачиваться по инерции, будет стремиться вращать ротор гидромотора, который теперь станет работать как гидронасос. Но жидкость, поступающая в насос, не может провернуть его ротор, так как силы, действующие на верхнюю и нижнюю пластины, одинаковы; поэтому жидкость откроет редукционный клапан, преодолев его сильную пружину, и начнет медленно перетекать обратно к гидромотору, тормозя ротор, а с ним и башню.
Устройство и действие электрического привода механизма поворота башни описаны в главе V «Электрооборудование танка».
ПРАКТИЧЕСКАЯ СКОРОСТРЕЛЬНОСТЬ
Скорость движения танка при атаке составляет в среднем 15—20 км!час. При этой скорости еще возможно вести стрельбу с хода. За 1 минуту танк пройдет 250—300 м, следовательно, расстояние, отделяющее атакующие танки от позиций противника, может быть пройдено за 2—3 минуты. Чтобы за такое короткое время огонь танка был действительным, его пушка должна быть достаточно скорострельной.
Техническая скорострельность определяется числом снарядов, которое можно выпустить за единицу времени, если считать, что пушка наводится в цель и заряжается мгновенно. Практическая скорострельность, т. е. число прицельных выстрелов в единицу времени, зависит от весьма большого числа обстоятельств (многие из них уже упоминались выше) и всегда бывает во много раз меньше технической.
На рис. 365 показана примерная практическая скорострельность танковых пушек различных калибров при стрельбе с места и с хода. Из рисунка видно, что при увеличении калибра пушки резко снижается скорострельность. Это объясняется главным образом трудностью заряжания при больших калибрах из-за увеличения размеров и веса снаряда и невозможности применить унитарный патрон.
Значительное уменьшение скорострельности при стрельбе с хода определяется общим ухудшением условий работы экипажа в движущемся танке и, прежде всего, колебаниями корпуса, сильно затрудняющими и замедляющими прицеливание.
Кроме того, на скорострельность влияют все те факторы, от которых зависят удобство и легкость работы экипажа в боевом отделении танка.
Рис. 365, Практическая скорострельность танковых пушек
Удобное расположение боекомплекта может значительно повысить скорострельность, так как будет легче доставать и подавать выстрелы. Размеры боевого отделения, особенно в той части, где работает заряжающий, характеризуют удобство действий у пушки, а значит, и ее скорострельность. Возможная скорость горизонтальной и вертикальной наводки, определяемая как устройством механизмов и усилием на маховичках, так и удобством их размещения, влияет на скорострельность в очень большой степени; поэтому, в частности, наводчик должен иметь возможность работать обоими маховичками одновременно и совершенно механически, т. е. не думая, в какую сторону их надо вращать. Следовательно, даже такие «мелочи», как взаимное расположение маховичков, их высота, направление вращения, возможность регулировки сиденья наводчика, — все это имеет значение и чрезвычайно сказывается на практической скорострельности танковой пушки.
Существенно отражаются на скорострельности также условия прицеливания и наблюдения, в частности возможность наблюдать разрывы и на основании этого корректировать огонь. Эти условия, в свою очередь, определяются качеством прицелов и приборов наблюдения, временем суток, погодой, состояниехМ грунта (наличием пыли) и многим другим.
Серьезное, если не наибольшее, влияние на скорострельность оказывают обученность и слаженность экипажа.
Поэтому данные, приведенные на рис. 365, надо рассматривать как приблизительные. Всегда следует помнить, что практическая скорострельность меняется в значительных пределах не только для разных танков, но даже для одного и того же танка в зависимости от условий, в которых он действует, и от обученности экипажа.
ВЕРОЯТНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЦЕЛИ
Результаты огня танковой пушки, как, впрочем, и всякой другой, определяются, прежде всего, количеством снарядов, поражающих цель; поэтому, оценивая огневую мощь танка, необходимо наряду со скорострельностью учитывать, какая часть выпущенных снарядов может достигнуть цели и поразить ее. Иначе говоря, следует учесть вероятность поражения цели.
Если неподвижно закрепить пушку при каком-либо положении ствола, соответствующем данной дальности, и произвести из нее большое количество выстрелов снарядами одного и того же типа, то снаряды не будут ложиться в одной точке. Они будут рассеиваться, покрывая некоторую площадь, причем от середины к краям этой площади количество снарядов будет уменьшаться (рис. 366).
Рис. 366. Рассеивание снарядов
Попадание снарядов не в одну, а в разные точки свидетельствует о том, что линии их полета, или траектории, также неодинаковы (рис. 367).
Рассеивание снарядов неизбежно даже при неизменном положении пушки во время стрельбы. Оно объясняется некоторой разницей в весе снарядов, положении центра тяжести, разницей в весе заряда и его плотности, скорости горения, а также многими другими незначительными отличиями между отдельными выстрелами. Необходимо также иметь в виду влияние меняющихся атмосферных условий, например направления и скорости ветра.
Рис. 367. Траектории снарядов, выпущенных при неизменном положении оси канала ствола
Допущенное нами условие полной неизменности положения пушки тоже в действительности не соблюдается. Зазоры в деталях механизмов наводки (например, между зубьями шестерен) позволяют стволу пушки перемещаться на величину, определяемую этими зазорами. Это также скажется на рассеивании снарядов.
Если в результате выстрела наводка несколько нарушается, то исправление ее также приведет к увеличению рассеивания, поскольку полное однообразие наводки невозможно. Однообразие наводки зависит от искусства наводчика и совершенства прицелов.
Из всего сказанного следует, что избежать рассеивания нельзя даже при стрельбе с места. Совершенство конструкции артиллерийской системы и боеприпасов, тщательность их изготовления, правильность их обслуживания и ухода за ними могут лишь уменьшить рассеивание, или, что то же самое, увеличить кучность.
При стрельбе с хода кучность резко ухудшается вследствие колебаний корпуса танка (о них будет сказано дальше) и может стать в 3—4 раза меньше, чем при стрельбе с места. Искусство наводчика, быстрота, легкость и удобство пользования механизмами наводки, уменьшение времени запаздывания выстрела и специальные конструктивные средства, ослабляющие влияние колебаний на стрельбу (применение амортизаторов, стабилизация оружия и др.), — все это при стрельбе с хода приобретает важнейшее значение.
Понятно, что вероятность поражения цели тем больше, чем выше кучность. Но одна кучность еще не решает задачи. Можно представить себе такое положение, когда кучность будет очень высокой, но цель не будет поражена, так как она окажется вне площади рассеивания.
Поскольку большая часть снарядов ложится ближе к центру площади рассеивания, необходимо, чтобы этот центр находился в определенном положении относительно цели.
Так, при стрельбе по танкам, когда для поражения цели необходимо прямое попадание, средняя траектория, ведущая к центру площади рассеивания, должна проходить через центр цели.
При стрельбе по живым целям в некоторых случаях желательно, чтобы средняя траектория проходила перед целью. Тогда после рико-шетирования снарядов, вероятность которого значительна из-за пологости их траекторий, разрывы будут происходить над целью.
Наиболее выгодное положение средней траектории обеспечивается устройством и выверкой прицелов и, разумеется, правильной, быстрой и однообразной наводкой, поэтому сказанное выше об условиях, обеспечивающих кучность, в значительной мере относится и к средней траектории.
Некоторые вопросы, связанные с повышением вероятности поражения цели, например вопросы о механизмах наводки, о запаздывании выстрела и др., были рассмотрены нами раньше, поэтому здесь мы остановимся на прицелах танковых пушек, а также на колебаниях корпуса танка и мерах ослабления их вредного влияния на стрельбу.
ПРИЦЕЛЫ
Как уже указывалось, дальность полета снаряда при прочих равных условиях определяется углом возвышения пушки. Необходимый угол придается вертикальной наводкой. Что же касается горизонтальной наводки, то здесь, казалось бы, требуется только повернуть ствол так, чтобы его ось лежала в одной вертикальной плоскости с целью. В действительности летящий снаряд отклоняется от этой плоскости как вследствие своего вращения, так и под действием бокового ветра. Кроме того, движущаяся цель за время полета снаряда успевает переместиться на некоторое расстояние. Все эти обстоятельства заставляют отклонять ось канала ствола от указанной плоскости на некоторый угол, называемый углом боковой поправки.
Наводка представляет собой совокупность всех действий, направленных к тому, чтобы придать орудию такое положение в пространстве относительно цели, при котором средняя траектория пройдет через цель.
Положение наведенного орудия в пространстве определяется углом возвышения и углом боковой поправки. Следовательно, для наводки необходимо установить ось канала ствола в нужное положение. Для решения этой задачи и служит прицел.
Из танкового оружия стрельбу ведут, как правило, прямой наводкой. Прямая наводка применяется при стрельбе по видимой с огневой позиции цели и заключается в том, что линия прицеливания совмещается с целью или с точкой, находящейся в непосредственной близости от цели.
На танках применяются главным образом оптические прицелы. Оптическая часть любого прицела может состоять из нескольких линз и зеркал или призм. Одно из основных требований, предъявляемое ко всем военным оптическим приборам, заключается в том, что размеры предметов при наблюдении через прибор должны казаться увеличенными, т. е. изображение предмета в приборе наблюдатель должен видеть под углом зрения большим, чем угол зрения, под которым наблюдатель видит предмет невооруженным глазом (без прибора).
На плоской стороне одной из линз, а чаще на специальном плоском стекле, называемом сеткой, наносятся шкалы дальностей и боковых поправок или прицельные марки, которые служат визирными точками. Сетка размещается так, что как раз в ее плоскости получается изображение рассматриваемого предмета, даваемое объективом прицела (системой входных линз); поэтому наблюдателю, смотрящему через оку-356
ляр (систему выходных линз), шкалы и марки сетки представляются наложенными прямо на цель.
Весь прицел или его головная часть (объектив) жестко связывается со стволом пушки. Но так как углы между прицельной линией и осью канала ствола в зависимости от дальности до цели различны, то сетка прицела должна либо иметь несколько марок, либо быть подвижной относительно прицела.
При неподвижной сетке (рис. 368) наводка сводится к тому, что наводчик, действуя маховичками подъемного и поворотного механизмов, совмещает одну из прицельных марок сетки, соответствующую заданной дальности и боковой поправке, с точкой прицеливания. Тем ходимые углы между линией при
Рис. 368. Общий вид прицела с неподвижным перекрестием и его поле зрения самым сразу устанавливаются необ-целивания и осью канала ствола,
и ствол принимает нужное положение.
При неподвижной сетке, но с подвижным перекрестием (рис. 369), состоящим из двух взаимно перпендикулярных нитей, наводчик должен
Шкала
боковых поправок
горизонтальной нити
Рис. 369. Телескопический прицел спаренной установки и его поле зрения
Большой, средний угольник для стрельбы без боковых Шкала для
шкалу для установки
Рис. 370. Телескопический шарнирный прицел спаренной установки и его поле зрения
при помощи маховичка подвести горизонтальную нить перекрестия к нужному делению на шкале дальности, затем установить вертикальную нить перекрестия (при помощи второго маховичка) на величину боковой поправки (учитывая скорость цели и собственной машины, а также атмосферные условия). После этого, действуя маховичками механизмов наводки, следует совместить перекрестие с точкой прицеливания.
Если сетка имеет только вертикальное перемещение, нужную линию шкалы совмещают с неподвижной горизонтальной нитью, а боковую поправку вводят прицеливанием не по центральной, а по одной из боковых марок (рис. 370).
Подвижные сетки в прицелах обычно делают в тех случаях, когда стрельба может вестись различными типами снарядов, для каждого из которых требуется своя дистанционная шкала, или когда пушка и пулемет имеют общий прицел. При этом сетка может быть подвижной либо в одном вертикальном направлении, либо также и в горизонтальном.
Из сказанного следует, что для изменения положения линии прицеливания относительно оси канала ствола не прицел перемещается по отношению к качающейся части системы, а изменяется положение линии прицеливания по отношению к «нулевой» линии, параллельной оси канала ствола, как это показано на рис. 371. Прицел будет обеспечивать правильное положение средней траектории, если он правильно выверен, т. е. занимает такое положение относительно ствола, при котором делениям шкал сетки соответствуют нужные углы прицеливания. Для этого достаточно выверить нулевую линию прицеливания. Кроме того, для со-358
Сетка
Поле зрения прицела в "ок уляре (нулевая установка)
Линия прицеливания
Неподвижная нить
Изобра-жение точки прицеливания" на сетке
Нулевая линия прицеливания параллельна оси канала ствола пушки
Ось канала ствола пушки
Объектив
Точка прицеливания.
Установка на прицеле заданной дистанции
I
Сетка смещена
Наводка закончена
Ось канала ствола пушки ygQjJ прицеливания
Линия прицеливания составляет с осью канала ствола угол прицеливания
Рис. 371. Схема вертикальной наводки пушки с помощью телескопического шарнирного прицела (наводка показана без боковой поправки)
п
хранения положения средней траектории и уменьшения рассеивания требуется, чтобы положение прицела (или его головной части) относительно ствола не нарушалось и сетка не имела никаких самопроизвольных перемещений.
Для кучности и особенно для скорострельности стрельбы большое значение имеет удобство пользования прицелом. Одним из существенных неудобств является то, что наводчику приходится менять положение головы при подъеме и опускании прицела вместе со стволом пушки. Для устранения этого прицелы делают шарнирными.
Головная часть (объектив) такого прицела (рис. 372) жестко связана с качающейся частью системы, а обращенная к наблюдателю часть (окуляр) подвешена к крыше башни. Обе части соединены между собой шарнирно, так что качание головной части не вызывает перемещения
Рис. 372. Телескопический шарнирный прицел
окулярной, остающейся неподвижной по отношению к наблюдателю, который может установить сиденье в наиболее удобное для себя положение.
Наряду с механическим шарниром в таком прицеле есть так называемый оптический шарнир, представляющий собой систему определенным образом расположенных призм или зеркал. Так, при зеркальной системе луч, переходящий из головной части в окулярную, последовательно отражается от четырех зеркал (рис. 373). Без оптического шарнира наклон головной части прицела вызовет поворот изображения цели, что сделает наблюдение чрезвычайно неудобным.
Принцип действия оптического шарнира наглядно поясняется моделью, показанной на рис. 374.
Наряду с телескопическими в танках иногда применялись перископические — панорамные прицелы. Устройство перископического прицела показано на рис. 375.
Увеличение танковых прицелов обычно не превышает четырехкратного. Конечно, чем больше увеличение, тем лучше наблюдатель видит цель. Но чем больше увеличение, тем меньше поле зрения. Поэтому при больших увеличениях можно «потерять» цель и не суметь отметить разрыв своего снаряда. Следует также иметь в виду, что из-за колебаний танка наблюдателю кажется, что цель колеблется. Чем больше увеличение прицела, тем эти кажущиеся колебания цели более значительны. Эта причина также ограничивает увеличение танковых прицелов,
Рис. 373. Схема оптической части телескопического шарнирного прицела
Рис. 374. Модель, поясняющая принцип устройства и действие оптического шарнира: А — положение частей прицела и ход лучей при горизонтальном положении ствола пушки; Б — то же при угле возвышения а
Кроме оптических, некоторое применение на танках имеют так называемые механические прицелы, которые используются главным образом для пулеметов, не спаренных с пушкой. Все механические прицелы напоминают обычный винтовочный прицел. Для пользования подобным прицелом необходимо установить оружие так, чтобы стрелок видел мушку в середине прорези прицела на одном уровне с обрезом прорези. Не меняя этого положения, мушку подводят под точку прицеливания.
Махову механи: боковой полравс
ж
!
Броневой колпак
Механиз
углов места
цели
Установочный стакан
Рис. 375. Устройство и установка перископического панорамного прицела
Шкала кругового обзора
[ок М зма
| Рычаг 5^=* углов меотносп а ‘Окуляр
Головка
7Д
Налобник
KI углов прицеливания
наблюдения^ - V №
Такой способ прицеливания требует от стрелка гораздо большего искусства, чем прицеливание при помощи оптического прицела. При стрельбе из пулемета на небольшие дальности недостатки механических прицелов имеют меньшее значение. Тем не менее там, где возможно, механические прицелы пулеметов стараются заменить оптическими.
Рис. 376. Башенный угломер и схема пользования им при горизонтальной наводке
Рис. 377. Уровень и схема пользования им при вертикальной наводке:
А — нулевая установка; Б — наклон уровня на заданный угол; В — придание пушке заданного угла возвышения (воздушный пузырек уровня выведен на середину)
Для обеспечения возможности стрельбы с закрытых позиций (непрямой наводкой) устанавливают угломер (для горизонтальной наводки, рис. 376) и уровень (для вертикальной наводки, рис. 377).
КОЛЕБАНИЯ
Колебания корпуса танка оказывают значительное влияние на кучность стрельбы и на практическую скорострельность. Это объясняется тем, что при колебаниях танка время прицеливания значительно увеличивается, ухудшаются условия наблюдения и увеличивается утомляемость экипажа.
Колебания корпуса танка возникают вследствие того, что энергия ударов, которые испытывают опорные катки танка при быстром наезде на препятствие, воспринимается рессорами подвески; при этом рессоры деформируются (сжимаются, изгибаются, закручиваются). Запасенная рессорами энергия передается корпусу танка, вследствие чего он начинает колебаться.
Представим себе (рис. 378) тяжелый груз, связанный пружиной с катком, который движется по горизонтальному участку пути (положение 0). Пружина сжата весом груза. Груз находится в равновесии под действием двух сил — силы веса и равной ей, но противоположно направленной силы, с которой пружина давит на груз.
Равновесие нарушится, как только каток наедет на препятствие (положение 1). Если скорость движения груза будет достаточно велика, можно считать, что груз в момент въезда останется на прежней высоте, а пружина дополнительно сожмется на величину, равную высоте препятствия h. Мгновенному подъему груза воспрепятствует его инерция.
Рис. 378. Колебания движущегося груза
Заметим, что, пользуясь понятием о силах инерции (см. выше главу IV, уравновешенность двигателя), мы можем приложить к грузу силу инерции, направленную вниз (поскольку пружина стремится двигать его вверх) и равную разности между силой пружины и весом груза. Тогда неуравновешенный груз можно будет условно рассматривать как уравновешенный (рис. 379).
Итак, лишь в положении 1 груз под действием сжатой пружины начнет подниматься. Подъем его будет продолжаться и после того, как пружина выпрямится до первоначальной длины, когда ее сила станет равной силе тяжести груза. Дальнейшее движение груза объясняется его инерцией; получив под действием разжимающейся пружины некоторую скорость, он стремится сохранить ее (рис. 378, положение 2).
Рис. 379. Условное равновесие груза (с учетом силы инерции)
Затем скорость груза будет уменьшаться и в положении 3 станет равной нулю. Под действием веса груз начнет опускаться, набирая скорость (положение 4). В тот момент, когда силы тяжести и пружины снова уравновесят одна другую, груз не остановится: по инерции он опустится ниже (положение 5), сжимая пружину. В положении 6 скорость его станет равной нулю, а пружина вновь будет сжата на такую же величину, как в положении 1. После этого все явление будет повторяться, т. е. груз будет колебаться.
Амплитудой колебаний называется расстояние, проходимое от положения равновесия (0) до крайнего верхнего (5) или до крайнего нижнего (6) положения. В нашем примере амплитуда а равна высоте препятствия h. Это справедливо, если груз за время подъема катка на препятствие не успеет заметно переместиться, что, в свою очередь, зависит от скорости движения катка и от жесткости пружины. Чем меньше ско
рость катка и жестче пружина, тем меньше амплитуда колебаний.
Следует заметить, что в процессе колебаний непрерывно совершается переход энергии из одной формы в другую внутри данной системы (пружина— груз). В первый момент (положение 1) энергия, воспринятая катком при наезде на препятствие, полностью передается пружине.
По мере подъема груза энергия пружины передается грузу, превращаясь в энергию его движения, зависящую от скорости подъема груза, и энергию положения, зависящую от высоты подъема груза. В свою очередь, при уменьшении скорости подъема энергия движения переходит в энергию положения. При наибольшем подъеме (положение 3) вся энергия, ранее накопленная пружиной, превращается в энергию положения груза. Когда груз опускается, происходит обратное превращение, и в положении 6 вся энергия вновь будет передана пружине.
Этим периодически повторяющимся переходом энергии, полученной при толчке, из одной формы в другую и объясняются повторяющиеся длительное время колебания груза.
КОЛЕБАНИЯ ТАНКА
Танк и рессоры его подвески могут быть уподоблены рассмотренной нами системе пружина — груз. Явления, происходящие при движении танка, подобны тем, которые мы только что описали. Но они значительно сложнее.
В нашем примере происходили только вертикальные колебания груза — вверх и вниз. Такие же колебания совершает танк (рис. 380), но, кроме них, происходят колебания и других видов. Так, при наезде на препятствие передними катками рессоры этих катков сжимаются и поднимают переднюю часть танка. Корма в это время опускается, сжимая задние рессоры, в результате чего возникают продольные угловые колебания (рис. 381). В тех случаях, когда препятствие оказывается под катками одного борта, этот борт поднимается, а другой в это время опускается; возникают поперечные угловые колебания (рис. 382). Все эти колебания происходят одновременно в виде одного сложного колебательного движения танка.
Амплитуда вертикальных колебаний определяется главным образом высотой неровностей грунта. При таких колебаниях линия прицеливания перемещается параллельно самой себе вверх и вниз, обычно не более чем на высоту препятствия. Для средних неровностей, встречающихся на местности, это составит примерно 100—150 мм. Такие перемещения не оказывают существенного влияния на результаты стрельбы, так как вертикальное смещение снаряда или пули на 100—150 мм практически не имеет значения.
Рис. 381. Продольные угловые колебания танка
При поперечных угловых колебаниях пушка «сваливается» набок; это также не очень сильно влияет на стрельбу. Только при продольных угловых колебаниях резко* снижается прицельность огня: меняется угол возвышения и снижения пушки, вследствие чего отклонение линии прицеливания -и изменение дальности полета снаряда будут наибольшими.
Наибольший угол, на который отклоняется корпус танка при угловых колебаниях, называется угловой амплитудой колебаний или (когда ясно, что речь идет об угловых колебаниях) просто амплитудой.
Рис. 382. Поперечные угловые колебания танка
Амплитуда колебаний зависит от ряда причин, но в первую очередь от высоты препятствия, на которое наезжают гусеницы. Чем выше препятствие, тем больше амплитуда, а следовательно, и отклонение линии прицеливания. Однако прицельный огонь можно вести даже при большой амплитуде, лишь бы колебания не происходили слишком быстро: основное значение имеет так называемая частота колебаний, т. е. совершаемое телом за единицу времени (одну минуту) количество полных колебаний от одного полного сжатия пружины до другого (см. рис. 378).
Если частота колебаний невелика, стреляющий успевает следить за целью и может правильно навести пушку и произвести выстрел, используя момент, когда скорость колебаний будет равна нулю (как в положениях 3 и 6, рис. 378). Если же колебания происходят быстро, наводчик не только не сможет уловить момент остановки корпуса, но часто даже не сумеет удержать цель на марке прицела; цель будет беспрерывно ускользать из поля зрения. Поэтому мы и сказали, что наибольшее влияние на стрельбу оказывает частота колебаний.
Частота колебаний зависит, прежде всего, от жесткости подвески. Жесткость подвески характеризуется высотой подъема катка относительно корпуса танка под действием силы, приложенной к катку. Чем выше поднимется каток при данной величине силы, тем мягче подвеска. Более жесткая подвеска вызывает колебания большей частоты. С этой течки зрения выгоднее применять менее жесткие подвески — тогда ход танка будет более плавным, а частота колебаний — меньшей. Но слишком мягкая подвеска не удовлетворяет предъявляемому к ней главному требованию — поглощать энергию толчков и ударов, испытываемых катками при движении. Действительно, если подвеска мягкая, то даже небольшая сила, приложенная к катку, сможет поднять его на большую высоту. Но подъем катка ограничен просветом под днищем танка (клиренсом). Значит, при сильном толчке каток поднимется на предельную высоту, после чего остаток энергии, не поглощенный подвеской, вызовет жесткий удар, воспринимаемый корпусом танка. По этим соображениям,, которые подробно будут рассмотрены ниже, подвеска должна иметь значительно большую жесткость, чем это было бы желательно, если принимать во внимание только частоту колебаний.
Другой способ уменьшения частоты колебаний танка заключается в уменьшении расстояния между осями крайних опорных катков, иначе говоря, длины опорной поверхности гусениц танка. Чем ближе расположены рессоры к центру тяжести танка, тем медленнее они раскачивают танк. Однако уменьшение длины опорной поверхности повышает удельное давление гусениц на грунт и тем ухудшает проходимость танка. Если танк имеет балансирную подвеску, частоту колебаний можно уменьшить, сблизив оси крайних тележек — передней и задней. Но при этом замедление колебаний будет сопровождаться значительным увеличением их амплитуды. Танк с близко поставленными тележками будет раскачиваться сильно, хотя и медленно. Некоторые старые танки с такой подвеской раскачивались настолько сильно, что иногда приходилось останавливать танк на некоторое время, чтобы он «успокоился».
Таким образом, возможности уменьшения частоты колебаний путем выбора устройства подвески довольно ограничены.
Частота продольных угловых колебаний различных танков составляет 40—200 колебаний в минуту, но для большинства танков она не превышает 60. Это дает возможность вести прицельный огонь с хода, хотя и со значительным рассеиванием (понижением кучности).
Колебания танка влияют не только на стрельбу, но и на состояние экипажа. Правда, колебания — естественньш для человека вид движения, но только при определенной частоте. При ходьбе человек покачивается из стороны в сторону в такт шагам. Полное колебание совершается за два шага, так что частота колебаний при 80—120 шагах в минуту (обычная скорость ходьбы) составит 40—60 колебаний в минуту; обычная угловая амплитуда равна 3—4°. Частота же вертикальных колебаний для разных танков изменяется в пределах 60—250 колебаний в минуту. Следовательно, частота угловых и вертикальных колебаний танков с лучшими подвесками приближается к привычным для человека колебаниям. При малой частоте колебания воздействуют на внутренние органы человека, вызывая тошноту. Очень резкие колебания мешают вести наблюдение. Но даже колебания с привычной частотой оказывают влияние на экипаж. Стремясь приспособиться к движению корпуса, танкист напрягает мышцы своего тела. Это вызывает быстрое утомление.
Наиболее вредное влияние на экипаж оказывает тряска корпуса. О сущности тряски будет сказано ниже.
ЗАТУХАНИЕ КОЛЕБАНИЙ
Хотя при колебаниях энергия теоретически лишь переходит из одного вида в другой внутри данной системы, в действительности колебания, возникшие от толчка при наезде на препятствие, не будут продолжаться бесконечно. Колебания маятника, получившего толчок и предоставленного самому себе, будут медленно затухать, амплитуда их будет уменьшаться, пока маятник не остановится. Запас энергии, полученный маятником при толчке, постепенно расходуется на преодоление сопротивления воздуха и на трение в опоре маятника. Чтобы маятник продолжал колебаться, нужны новые толчки. В часах движение маятника поддерживается пружиной или гирей при помощи специальных механизмов.
Точно так же, если на пути танка встретится только одно препятствие, колебания через некоторое время затухнут. Но поскольку в действительности препятствия следуют одно за другим, танк при движении с большой скоростью будет колебаться непрерывно. Однако отсюда нельзя сделать вывод, что быстрота затухания колебаний не имеет значения. Если колебания затухают медленно, то не успеет закончиться одно колебание танка, как начнется другое. Новые колебания, присоединяясь к прежним, могут либо усилить, либо ослабить их.
Допустим, например, что под действием толчка маятник движется слева направо, но, едва отойдя от первоначального положения, он получает толчок в противоположную сторону. Очевидно, в этом случае раскачать маятник не удастся. Но если направление толчков совпадет с направлением движения маятника, иначе говоря, если частоты толчков и колебаний совпадут, амплитуда колебаний маятника будет увеличиваться. Это явление называют резонансом.
Нельзя предугадать, будет ли движение танка по той или иной местности сопровождаться резонансом или затуханием колебаний. Это зависит от скорости движения танка и от чередования неровностей пути. Но можно утверждать, что чем быстрее затухают колебания, возникшие после толчка на первой неровности, тем менее вероятен резонанс. Быстрое затухание колебаний имеет большое значение также при стрельбе с коротких остановок; оно позволяет быстро произвести наводку и выстрел. Лучше всего, если колебания танка прекращаются сразу же по их возникновении.
Чтобы колебания быстро прекращались, нужно израсходовать энергию рессор не на раскачивание корпуса, а на какую-либо другую работу, при которой энергия не возвратится обратно корпусу или рессорам. Качающийся маятник останавливается вследствие трения в опоре и трения о воздух. Если маятник опустить в масло, колебания будут затухать и прекратятся во много раз быстрее, так как благодаря большой вязкости масла трение будет больше. Та же сила трения гасит колебания корпуса танка. Чем сильнее трение в деталях подвески, тем быстрее будут затухать колебания, поэтому время затухания колебаний в значительной степени зависит от устройства подвески.
В подвеске с листовыми рессорами отдельные листы при изгибе смещаются друг относительно друга, как листы изгибаемой книги. Между листами рессор возникает трение. Работа трения настолько значительна, что на нее уходит немалая доля энергии колебаний, и они быстро затухают.
В подвеске со спиральными рессорами трение меньше: оно возникает главным образом между штоком рессоры и втулкой стакана, направляющего шток (рис. 383). Невелико трение и в подвеске со стержне-368
вой рессорой, поэтому колебания в таких подвесках затухают медленнее, чем в подвеске с листовыми рессорами.
В резиновой подвеске в зависимости от сорта резины внутреннее трение между ее частицами поглощает значительную долю энергии (15—80%) за время, в течение которого совершается одно колебание. Это обеспечивает быстрое затухание колебаний.
Для большинства танков время затухания колебаний равно 4—7 секундам. За это время корпус успевает совершить несколько колебаний. Так, если частота колебаний равна 60 в минуту, то в секунду происходит одно колебание. Тогда за 4—7 секунд будет совершено 4—7 колебаний.
Рис. 383, Схема подвески танка со спиральной рессорой.
Трение штока во втулке способствует гашению колебаний
ТРЯСКА
Чрезмерное увеличение трения, однако, вредно отражается на работе подвески. Предположим, что в подвеске со спиральными .рессорами (см. рис. 383) шток заело внутри стакана. В этом случае при наезде на препятствие пружина не сожмется, так как шток не сможет перемещаться. Удар будет передаваться непосредственно на корпус, а шток сможет переместиться только от удара значительной силы. Часть энергии удара воспримет корпус, часть будет поглощена рессорой лишь после того, как шток начнет двигаться.
Трение в деталях подвески действует так же, как заедание штока, только сила, с которой удерживаются подвижные детали подвески, будет значительно меньше, чем при заедании. Вследствие трения небольшие удары, которые не могут преодолеть силу трения и воздействовать на рессору, будут передаваться непосредственно корпусу; рессора при этом сжиматься не будет. Это вызовет тряску танка на мелких неровностях. Тряска будет происходить с большой частотой, так как таких неровностей очень много даже на хороших дорогах, например на булыжной мостовой. Чем сильнее трение, тем больше тряска; поэтому она особенно сильно чувствуется, если танк снабжен подвеской с листовыми рессорами, в которых трение велико.
Таким образом, трение, помогающее гасить колебания, вызывает еще более неприятное явление — тряску. Чтобы уменьшить трение, листы рессоры при сборке смазывают, втулки стаканов делают бронзовыми и т. д. Это необходимо для уменьшения износа трущихся деталей и для ослабления тряски.
ГАСИТЕЛИ КОЛЕБАНИЙ —АМОРТИЗАТОРЫ
Допустим, что при подъеме катка шток в направляющей втулке обычной спиральной рессоры будет скользить свободно, с очень небольшим трением. Когда же каток пойдет вниз и рессора начнет раскачивать корпус, сила трения по какой-либо причине возрастет во много раз. Тогда тряски не будет, поскольку рессора сможет сжиматься даже на не
больших препятствиях (трение не препятствует подъему катка), но колебания будут затухать быстро (трение препятствует раскачиванию корпуса).
На этом принципе и основано устройство гасителей колебаний —
амортизаторов.
Амортизаторы бывают жидкостные (гидравлические), воздушные (пневматические) и механические. Принцип их работы состоит в том, что часть энергии, запасенной рессорой, расходуется не на колебания корпуса, а на трение в деталях амортизатора, трение жидкости, сжатие воздуха и т. д.
Ознакомимся с одной из Цилиндр схем наиболее распространен-
Поршень
Л
Шток
Рессора
Рычаг
Рис. 384. Схема гидравлического амортизатора
ного типа амортизатора — жидкостного. Амортизатор (рис. 384) состоит из поршня, связанного штоком с рычагом катка. Поршень входит в цилиндр, заполненный жидкостью (маслом, глицерином). Цилиндр укреплен на корпусе танка. Полости цилиндра — верхняя (над поршнем) и нижняя (под поршнем) —соединены между собой через клапанную коробку (рис. 385).
В клапанной коробке есть два клапана — верхний и нижний. Оба клапана прижимаются пружинами к бортику коробки. В верхнем клапане сделано несколько отверстий. Имеются отверстия, но меньшего диаметра, и в нижнем клапане. Кроме того, в нижнем клапане сделано тральное отверстие.
Если танк движется с небольшой скоростью и препятствие невелико (см. рис. 384,А), поршень, медленно поднимаясь, перегонит часть жидкости сверху вниз через малые отверстия в нижнем клапане. При обратном ходе поршня жидкость вернется тем же путем в надпоршневое пространство. В этом случае клапаны, прижатые пружинами, остаются на месте и амортизатор не работает. В тех случаях, когда препятствие велико, а скорость танка большая, поршень быстро поднимается на значительную высоту (см. рис. 384,5). Жидкость, не успевая проходить через малые отверстия
одно большое цен-
нижнего клапана, откроет его, сжав нижнюю, более слабую пружину. Между верхним и нижним клапанами образуется большой зазор. Центральное отверстие в нижнем клапане откроется, и через него жидкость свободно, почти не встречая сопротивления, перетечет вниз, под поршень амортизатора.
При сходе с препятствия каток будет опускаться, увлекая за собой поршень (см. рис. 384, В). Нижний клапан закроется, жидкость надавит снизу через центральное отверстие на верхний клапан, но не откроет его полностью, так как верхняя пружина сильнее нижней, а лишь несколько приоткроет его. Жидкость с трудом протолкнется через небольшой зазор между клапанами и дальше через отверстия в верхнем клапане. Проталкивание жидкости будет происходить со значительным
трением, на преодоление которого затратится часть энергии рессоры. Поэтому колебания будут быстро затухать и вскоре совсем прекратятся.
Рассмотренный нами амортизатор называется односторонним. При таком амортизаторе тряски корпуса не будет, так как рессора имеет
возможность свободно сжиматься, когда каток идет вверх, и сопротивление создается только слабой пружиной нижнего клапана амортизатора. Но зато колебания затухают сравнительно медленно, так как амортизатор работает лишь во время движения поршня в одну сторону. На рис. 386 и 387 показано устройство гидравлических амортизаторов, различающихся по конструкции, но действующих одинаково по рас-
смотренной нами схеме.
Если пружину нижнего клапана работать не только при движении поршня вниз, но и при ходе его вверх. Такой амортизатор называется двухсторонним. Он гасит колебания значительно быстрее, но вызывает тряску, так как
сделать сильной, амортизатор будет
Уплотнение
Клапан -со слабой пружиной
Цилиндр
Шток
Поршень
Клапан с сильной пружиной
Проушина, связанная с корпусом танка
Рис. 386. Устройство гидравлического амортизатора
Рис. 385» Клапанная коробка амортизатора
Резервная полость (комленса^^^ ционная) \
Корпус, связанный с осью катка
Рис, 387. Другой тип гидравлического амортизатора, работающего по той же схеме
при толчке клапан не успевает быстро открыться и удар через цилиндр передается корпусу танка. Чтобы уменьшить тряску, пружину нижнего клапана делают несколько слабее пружины верхнего.
СТАБИЛИЗАЦИЯ
Усовершенствование подвески и применение амортизаторов не устраняют полностью колебаний корпуса; поэтому на танках неоднократно
пытались применить стабилизацию как средство предотвращения вред-
Быстровращающийся волчок (гироскоп) сохраняет положение оси вращения
Гироскоп сопротивляется изменению положения оси вращения
ного влияния колебаний на кучность огня.
Под стабилизацией понимается сохранение заданного положения агрегата, например пушки, независимо от колебаний танка. Иначе говоря, стабилизированный агрегат, участвуя в движении танка, не участвует в его колебаниях. Стабилизировать можно весь корпус танка, башню, оружие и, наконец, линию прицеливания.
Стабилизация корпуса или, по крайней мере, башни является наилучшим решением задачи, так как она избавляет от колебаний не только оружие, но и экипаж танка. Для такой стабилизации требуются весьма сложные устройства и значительная мощность на их обслуживание; поэтому на танках стабилизация такого рода не получила применения. В танках применяется стабилизация вооружения и линии прицеливания.
Рассмотрим способ стабилизации вооружения. Стабилизация основана на свойстве волчка (гироскопа) сохранять направление своей оси при быстром вращении (рис. 388). Гироскоп широко применяется во многих областях военной тех-
Рис, 388. Простейший гироскоп
ники. Его применяют на самолетах для
Ротор
Рис. 389. Схема стабилизации пушки
Рис, 390. Схема действия стабилизатора на пушку
стабилизации курса полета (автопилоты), на кораблях (гирокомпас, прибор автоматического управления кораблем), в подводных лодках и т. д.
Чтобы повернуть за ось какое-нибудь быстро вращающееся круглое тело, например велосипедное колесо, как показано на рис. 388, внизу, необходимо приложить некоторое усилие: колесо будет сопротивляться. Чем быстрее вертится колесо, чем оно тяжелее и чем больше его диаметр, тем сильнее будет сопротивление.
Корпус, а следовательно, и башня танка, как сказано выше, совершают колебания двух основных видов: вертикальные, при которых корпус перемещается параллельно своей оси, и угловые, когда корпус поворачивается примерно вокруг своего центра тяжести. Те же колебания должна совершать и нестабилизированная пушка, так как она установлена на цапфах в башне.
Для стабилизации пушки с ней связывают быстро вращающийся гироскоп. Схема стабилизированной пушки показана на рис. 389. Качающаяся часть системы свободно установлена на цапфах и может изменять свое положение относительно башни. Гироскоп, представляющий собой электромотор с массивным якорем (ротором), через кронштейн связан с люлькой. Ротор гироскопа вращается с весьма большим числом оборотов (до десяти и более тысяч в минуту). Если танк совершает только вертикальные колебания, корпус, башня, пушка и гироскоп перемещаются то вниз, то вверх. Никакой стабилизации при этом не происходит. Действительно, если перемещать за ось вверх и вниз быстро вращающееся колесо (см. рис. 388), то оно не будет оказывать никакого сопротивления (если не учитывать, конечно, вес колеса).
Иначе будет обстоять дело, если корпус танка и башня будут совершать угловые колебания. Теперь гироскоп будет стремиться сохранить положение своей оси вращения. Так как он связан с пушкой, то •последняя также будет стремиться сохранить положение своей оси, т. е. не будет совершать угловые колебания вместе с башней (рис. 390). Ствол пушки, так же как и ось гироскопа, сохранит приданное ему первоначальное положение. Пушка будет стабилизирована.
Описанная здесь схема стабилизации называется силовой, так как в ней сила, препятствующая колебаниям системы, воздействует непосредственно на пушку. Эта схема даже при полностью уравновешенной системе требует сравнительно большого по размерам стабилизатора, способного развить нужную силу. Поэтому иногда применяли другие схемы стабилизации, например такие, при которых перемещение системы относительно башни производилось с помощью масляного насоса, а гироскоп только воздействовал па клапаны, управляющие подачей масла. Это, разумеется, уменьшает размеры гироскопа, но принцип стабилизации остается тем же самым.
Стабилизация требует весьма сложных устройств, ввиду чего она и не получила на танках широкого распространения. По этой причине подробнее мы не останавливаемся на ней.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ПОДВИЖНОСТЬ
Такие боевые качества танка, как огневая мощь и неуязвимость, зависят, прежде всего, от вооружения танка и надежности броневой защиты. Однако на огневую мощь и неуязвимость оказывает влияние и третье боевое качество танка — его маневренность. Чем выше маневренность танка, тем эффективнее огонь его вооружения и выше его неуязвимость от огня противника. Маневрирование танка на поле боя является фактором исключительной важности. В понятие маневренности мы будем включать три элемента: подвижность, или скорость прямолинейного движения, поворотливость и проходимость. Каждое из этих трех качеств влияет на маневренность, но только их сочетание определяет маневренность полностью. Танк, обладающий высокой скоростью движения по хорошим дорогам, но плохой поворотливостью и проходимостью вне дорог, будет иметь недостаточную тактическую маневренность. И наоборот, танк, сочетающий высокую проходимость вне дорог с хорошей поворотливостью, но развивающий низкую скорость при движении по дорогам, будет иметь недостаточную оперативную маневренность. Высокая маневренность танка — это в первую очередь высокая тактическая и оперативная его подвижность, т. е. способность быстро двигаться по дорогам и вне дорог.
Маневренность танка определяется удельной мощностью его двигателя и устройством механизмов трансмиссии и ходовой части. От того, как подобраны передаточные числа коробки передач, зависит скорость движения танка по дорогам и вне дорог. От устройства механизмов поворота зависит поворотливость танка, легкость управления и быстрота поворота. Наконец, от устройства
ходовой части зависит скорость движения на местности и проходимость танка.
На маневренность влияют не только устройство и технические характеристики двигателя, трансмиссии и ходовой части танка, но и многие другие факторы, в особенности квалификация механика-водителя и условия его работы в танке. Чем удобнее работать механику-водителю, тем он меньше утомляется, тем выше его внимательность. Все это сказывается и на маневренности танка. Маневренность танка зависит также от технического состояния, степени изношенности, отрегулированности, исправности всех механизмов и устройств. Кроме того, маневренность, особенно тактическая, зависит от удобства наблюдения из танка при закрытых люках, т. е. от устройства приборов наблюдения.
Маневренность танка оценивается по средним скоростям его движения. Чем выше средние скорости в различных условиях движения, тем лучше маневренность танка. Средние скорости являются тем объективным показателем, по которому можно судить о маневренных качествах танка. Однако средние скорости определяются не только устройством танка и мощностью его двигателя, но и умением быстро водить танк.
Следует помнить, что танк — это маневренное оружие войны, и он остается танком до тех пор, пока обладает скоростью. Чем выше скорость, тем выше боевые качества танка; поэтому уметь использовать все маневренные качества танка, или, иначе говоря, уметь водить танк с наибольшими средними скоростями — задача исключительной важности.
Эта глава посвящена первому элементу маневренности танка — подвижности, т. е. скорости при прямолинейном движении. В последующих главах будут рассмотрены два других элемента маневренности — поворотливость и проходимость. Поэтому в настоящей главе мы остановимся только на тех механизмах, которые обеспечивают скорость прямолинейного движения.
КАК ДВИЖЕТСЯ ТАНК
Движение гусеничной машины до некоторой степени напоминает движение паровоза по рельсам. Если бы рельсы можно было снимать после того, как по ним пройдет паровоз, и укладывать впереди него, то паровозу для движения не потребовался бы длинный железнодорожный путь. В гусеничной машине рельсы заменены гусеницами — бесконечными замкнутыми цепями, состоящими из отдельных звеньев. Звенья, выстилаясь на местности, создают более или менее ровный путь, по ко-
ВеЬущее колесо
□— — направляющее колесо
Гусенииа
Переднее звено опускается
Опорные натки
Заднее звено поднимается Поддерживающие катки
Рис, 391. Движение гусеничной машины
торому опорные катки катятся, как колеса паровоза по рельсам (рис. 391). Ведущие колеса подбирают освобождающиеся позади танка звенья и передают их вперед, а направляющие колеса (ленивцы) укладывают звенья перед передними опорными катками. Не связанные с дорогой «рельсы» — гусеницы — позволяют танку двигаться в любом направлении.
СИЛА ТЯГИ И СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ
СИЛА ТЯГИ
Чтобы заставить танк катиться по гусеницам, к нему надо приложить силу. Эту силу создает двигатель, вращая посредством передаточных механизмов ведущие колеса танка. Зубья ведущих колес, зацепляясь за гусеницы, стремятся выдернуть их из-под опорных катков танка. Однако гусеницы прижаты к земле весом танка, а их выступы, называемые грунтозацепами или шпорами, углублены в грунт и упираются в него. Если перекатить танк по гусеницам легче, чем выдернуть гусеницы из-под опорных катков, то ведущие колеса, отталкиваясь от неподвижно лежащих на грунте гусениц, будут толкать танк вперед.
Рис. 392. Силы, действующие на танк при движении его по горизонтальному пути
На рис. 392 сила, толкающая танк, показана пунктиром, так как она является силой взаимодействия между двумя частями танка (корпусом и гусеницей), т. е. внутренней силой. Но движение тела может быть обеспечено лишь внешней силой, т. е. силой взаимодействия тела с внешней средой, в нашем случае танка с грунтом.
Чтобы танк двигался, нужны два условия: вращение ведущих колес, стремящихся вытащить гусеницы из-под опорных катков, и достаточный упор гусениц в грунт. Силу, с которой грунт удерживает нижние ветви гусениц, назовем силой тяги. Она направлена в сторону движения танка, и ее приближенно можно считать равной силе, толкающей танк вперед по гусеницам.
СОПРОТИВЛЕНИЕ КАЧЕНИЮ
Движущийся танк всегда оставляет след, особенно заметный на мягком грунте. Погружаясь в грунт, гусеницы разрушают его, прессуют, выдавливают в стороны, срезают неровности. Вследствие этого со стороны грунта на гусеницы действует сила, направленная против движения танка. Эту силу назовем силой сопротивления качению.
При движении по твердому грунту след менее заметен или почти не заметен. В этом случае меньше и сопротивление качению. Но оно существует, так как любой грунт сопротивляется воздействию гусениц движущегося танка.
Сила сопротивления качению различна на разных грунтах и даже на одном и том же грунте для разных танков. Она зависит от веса танка и от устройства его гусениц. Чем сильнее гусеницы прижаты к грунту, тем глубже они в него погружаются и тем больше сопротивление грунта. Если грунт мягкий, а сила, прижимающая гусеницы, велика, сопротивление качению увеличивается особенно значительно.
УДЕЛЬНОЕ ДАВЛЕНИЕ
Глубина погружения гусениц в грунт зависит от силы, прижимающей гусеницы к грунту. Но одна и та же сила, действуя на гусеницы, неодинаковые по площади, вызывает разное погружение их в грунт.
Для пешехода и лыжника одинакового веса трудность движения по снегу одинаковой глубины различна. Это легко объяснимо. Вес пешехода приходится на небольшую площадь ступней его ног, в то время как вес лыжника распределяется на значительно большую площадь лыж. Если выделить на грунте площадку в 1 квадратный сантиметр (1 см2}, то окажется, что лыжник давит на эту площадку с силой, примерно в 15 раз меньшей, чем пешеход. Вот почему лыжник легко движется по глубокому снегу, тогда как пешеходу идти по такому снегу трудно или невозможно.
Следовательно, сопротивление качению зависит не только от веса танка, но и от площади гусениц, на которую приходится этот вес. Вес танка, приходящийся на 1 см2 опорной поверхности гусениц, называется удельным давлением.
Одно из основных преимуществ гусеничной машины по сравнению с колесной — значительно меньшее удельное давление. Опорная поверхность колес автомобиля меньше опорной поверхности гусениц танка. Из-за большого удельного давления колеса автомобиля при движении по мягкому грунту вязнут. Ввиду этого сопротивление качению автомобиля может оказаться столь значительным, что автомобиль не сможет двигаться.
Удельное давление определяют, разделив вес танка на площадь опорной поверхности гусениц, т. е. на площадь той части обеих гусениц, которая лежит на грунте. Если обозначить вес танка через G в кг, длину опорной поверхности гусеницы — через L в см, а ширину гусеницы —через b в см, то удельное давление q выразится формулой
Так, если G = 25 т = 25 000 кг, L = 250 см, а b = 50 см, то
Удельное давление, определенное таким способом, называется средним удельным давлением. Подсчитывая его, предполагают, что вес танка равномерно распределяется по всей длине опорной поверхности гусениц. На самом деле это не так. Звено гусеницы, находящееся под катком, прижато к земле с большей силой, чем звенья, лежащие между катками; на твердом грунте звенья, лежащие между катками, .вообще не передают давление на грунт (рис. 393, Л). При погружении ,378
гусениц в мягкий грунт давление распределяется по всей длине опорной поверхности гусениц более равномерно, так как часть нагрузки передается на грунт свободными звеньями (рис. 393,5). Но и в этом случае давление не выравнивается полностью: звенья, лежащие между катками, остаются менее нагруженными, чем звенья, находящиеся под катками.
Чем больше катков и чем ближе они расположены один к другому, тем меньше разница между действительным и средним удельным давлениями (рис. 393,5). Чтобы выравнять, насколько это возможно, удельное давление, катки иногда располагали в шахматном порядке в два и три ряда (рис. 393,5).
Удельное давление зависит также от формы звена. Если звено плоское (рис. 394, Л), то оно передает давление на грунт всей площадью. Звено со шпорами опирается на твердый грунт только шпорами. Вырезы в ажурном звене (рис. 394, 5) приводят к увеличению удельного давления.
Удельное давление зависит еще и от положения центра тяжести танка. Так, если центр тяжести находится не посередине танка, а, скажем, смещен назад, то на задние катки будет приходиться большая нагрузка и давление под задними катками будет больше; поэтому наибольшее действительное удельное давление будет значительно превосходить среднее; у двух танков с одинаковым средним давлением может быть различное действительное удельное давление.
Действительное и среднее удельные давления оказывают значительное влияние на
сопротивление качению танка и на его проходимость. Чем больше удельное давление, тем больше сопротивление качению и ниже проходимость танка на рыхлых грунтах.
Г
оавление
Шахматное расположение катков
Рис, 393» Удельное давление зависит от твердости грунта, числа и расположения опорных катков
Рис. 394. Формы гусеничных звеньев: А — плоское звено; Б — ажурное звено
Легкое, автомобиль
Всадник
Рис. 395. Средние удельные давления для различных случаев (в кг/см2)
Обычно при сравнении танков по проходимости пользуются средним (а не действительным) удельным давлением. Это объясняется, во-первых, тем, что среднее удельное давление проще подсчитать, чем действительное удельное давление, и, во-вторых, тем, что на мягких грунтах при погружении гусениц в грунт действительное удельное давление приближается к среднему, так как участки гусениц между катками также передают давление на грунт.
На рис. 395 приведены значения среднего удельного давления для различных случаев. Из этого рисунка следует, что удельное давление танка значительно ниже удельного давления колесных машин и приближается к удельному давлению пешехода. Оно в 20 раз выше удельного давления лыжника и почти в 3 раза ниже удельного давления лошади со всадником.
КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ КАЧЕНИЮ
Таким образом, сила сопротивления качению зависит от грунта, по которому движется танк, и от веса танка: чем мягче грунт и тяжелее танк, тем больше сопротивление его качению.
Чтобы определить сопротивление качению, танк буксируют тягачом (рис. 396). Для этого испытываемый танк соединяют с тягачом через
Динамометр
Рис. 396. Определение силы сопротивления качению.
Сила сопротивления качению танка примерно в 10 раз меньше его веса
динамометр (прибор, измеряющий силу). Двигатель и механизмы трансмиссии танка отъединяют от гусениц, чтобы не создавать лишних сопротивлений качению танка.
При буксировке динамометр показывает силу сопротивления качению. Эта сила значительно меньше веса танка; на горизонтальном участке она редко превышает 10% веса танка.
Пользуясь этим способом, можно определить сопротивление качению опытным путем. Но часто бывает нужно подсчитать эту силу, чтобы выяснить возможные условия движения танка, не производя никаких опытов. В этих случаях пользуются так называемым коэффициентом сопротивления качению (обозначается буквой f).
Коэффициентом сопротивления качению называется сопротивление качению (в тоннах), приходящееся на 1 т веса танка на горизонтальном участке пути. Коэффициент сопротивления качению — отвлеченное число.
На различных грунтах коэффициенты f для одного и того же танка будут различны.
Поскольку коэффициент f определяет сопротивление данного грунта, приходящееся на 1 т веса танка, определение коэффициента сопротивления
Рис. 397. Средние значения коэффициента сопротивления качению
может быть произведено для танков разного веса, но обязательно находящихся в одинаковых условиях по грунту. Имея таблицу коэффициентов f и сравнивая их, можно судить о том, какой грунт создает большее сопротивление и какой меньшее.
Для подсчетов коэффициенты сопротивления качению берутся из рис. 397. Зная коэффициент f и вес танка G, можно найти силу сопротивления качению R по формуле
R=fG.
Так, для поля / = 0,08; сопротивление качению танка весом G = 25 т будет
/? = 0,08-25 = 2 tn.
На рис. 397 приведены средние величины коэффициента сопротивления качению.
На рис. 398 даны нижний и верхний пределы этого коэффициента для различных танков с гусеницами разного устройства. По этим пределам коэффициента можно судить, в каких пределах допускается ошибка, когда пользуются средним коэффициентом. А это, в свою очередь, позволяет отказаться от излишней точности в расчетах там, где достичь этой точности невозможно.
Рис. 398. Предельные значения коэффициента сопротивления качению
СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ НА ПОДЪЕМЕ. СИЛА СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
Выше определялось сопротивление качению танка на горизонтальном участке местности. Но такая местность встречается крайне редко. Только замерзшие озера и некоторые короткие участки дорог можно считать горизонтальными. Даже поверхность замерзших рек, строго говоря, не горизонтальна, так как реки имеют уклон. Путь танка — это беспрерывное чередование подъемов и спусков, иногда крутых, иногда еле заметных для глаза.
Разложим графически вес танка, поднимающегося в гору, на две составляющие (рис. 399): одну — перпендикулярную к опорной поверхности, прижимающую танк к грунту; другую — направленную параллельно пути.
Рис. 399. Силы, действующие на танк при движении его на подъеме
Первая составляющая — назовем ее сцепным весом — равна произведению веса танка О на косинус угла подъема а («альфа»):
G cos а.
Вторая составляющая — сила сопротивления подъему — равна весу О, умноженному на синус угла а:
Osina.
Сила сопротивления подъему направлена против движения танка,, и она тем больше, чем круче подъем. Эта сила не зависит от качества и состояния грунта.
Общее сопротивление движению /?о на подъеме слагается из сопротивления подъему (О sin a ) и сопротивления качению, равного
/О cos a.
Таким образом,
/?0 = fG cos a + О sin a. (4)
0° 10° 20° 30° 4-0° сК
Рис. 400. Сила сопротивления движению на подъеме увеличивается с увеличением угла подъема
Будем называть силу /?0 силой сопротивления движению. На рис. 400 показано, как изменяется сила /?0 с изменением угла подъема. С увеличением угла а сила /?0 увеличивается (на графике сила /?0 выражена в долях веса танка). При 0 (горизонтальный участок пути) /?0 = 0,1 О; при а=30с Ro — 0,6 G и т. д. Зная вес танка, по графику легко определить сопротивление движению танка на подъеме. Так, если вес танка G — 30 т, а угол подъема а= 10°, то из графика Ro = 0,28 G или /?0 = 0,28 • 30 = 8,4 т.
Для подъемов до 10° можно принимать cosa=l, a sina=Z (Z— подъем в тысячных, или тангенс угла подъема). Тогда /?0= (/ + 0 G.
Подсчитаем сопротивление в двух случаях движения.
На подъеме в 10° (Z = 0,18) при весе танка G = 25 т и f = 0,l сила сопротивления /?0 = (0,1 + 0,18) • 25 = 7 т. На горизонтальном участке пути (Z = 0) /?0 = 0,1 • 25 = 2,5 т.
Таким образом, на подъеме крутизной 10° сопротивление движению танка увеличивается почти в 3 раза.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ НА СПУСКЕ. ТЯНУЩАЯ СИЛА
Разложив силу веса танка при движении под уклон (рис. 401) так, как это было сделано для случая движения на подъеме, увидим, что сила G sin а теперь направлена в сторону движения. Та часть веса, которую танку приходится преодолевать на подъеме, теперь тянет танк вниз, облегчая его движение. Назовем эту силу тянущей силой. Она уменьшает общее сопротивление движению танка на спуске.
Чтобы определить сопротивление движению на спуске, надо в формулу (4) подставить выражение Gsina со знаком минус. Тогда получим
/?о = (/cos а — sin a) G или (для углов до 10°)
/?0 = (/-Z)G.
Рис. 401. Силы, действующие на танк при
движении его под уклон
Определим, на каком уклоне для движения не потребуется сила тяги, а танк будет спускаться под действием своего веса, т. е. движение танка не будет обусловлено работой двигателя.
Если / = 0,1, то I также должно быть равно 0,1. В этом случае /?о = 0, т. е. танк как бы не встречает сопротивления и для его движения не требуется сила тяги. Но I = 0,1 соответствует угол а = 6°. На спусках круче 6° тянущая сила не только преодолеет сопротивление грунта, но вызовет разгон танка; поэтому, если на крутых спусках хотят обеспечить равномерное движение, гусеницы притормаживают, т. е. создают силу, противоположную силе тяги, — силу торможения.
СИЛА ТЯГИ И СЦЕПЛЕНИЕ
Выше рассмотрен пример, когда на спуске сопротивление движению танка равно нулю. В этом случае танк движется равномерно без силы тяги.
Когда сопротивление не равно нулю, равномерное движение танка возможно, если сила тяги равна силе сопротивления движению, или, как говорят, полностью уравновешивает ее. Чем больше сопротивление, тем больше должна быть и сила тяги.
Обозначив силу тяги буквой Р, мы можем следующим образом записать условие равномерного движения танка:
P = R0.
Как движется танк, когда эти силы неравны, будет рассмотрено ниже. Сейчас мы рассмотрим условия, обеспечивающие увеличение силы тяги, необходимое при повышении сопротивления, и пределы этого увеличения.
БУКСОВАНИЕ ГУСЕНИЦ
Увеличение сопротивления движению требует увеличения силы тяги. Как указывалось, сила тяги — это сила, с которой грунт удерживает нижние ветви гусениц. Если сопротивление движению станет чрезмерно большим или грунт будет скользким, ведущим колесам будет легче выдернуть гусеницы из-под опорных катков, чем перекатывать танк вперед. Гусеницы «забуксуют», и танк остановится.
Главная гусеница на твердом грунте
Гусеница удерживаетсятолькосило^трТния^ Гусеница со шпорами на мягком грунте
сила трения
Малая сила тяги-гусеница удерживается только силой трения
(Буксования нет)
в
□=
MIIIIIHIIIIIIIIHIIIIIIIiriM
Сила сопротивления уплотненного грунта большая сила тяги-гусеница удерживается силой трения и упором шпор (Частичное буксование)
Рис. 402. Сила тяги создается силами трения между гусеницей и грунтом и силами противодействия грунта давлению шпор
Следовательно, чтобы определить наибольшее сопротивление, которое танк может преодолеть, надо выяснить, с какой наибольшей силой грунт в состоянии удерживать гусеницы.
Пусть гусеницы танка имеют совершенно гладкие звенья (рис. 402, Л). В этом случае они удерживаются на грунте только силой трения между звеньями и грунтом. Если сила трения недостаточна, гусеницы будут буксовать.
Сила трения гусениц о грунт зависит от сцепного веса танка и свойств самого грунта. Ее величина составляет 40—70% веса танка. Если сопротивление будет больше этой величины, начнется буксование гусениц. Чтобы увеличить силу тяги, надо увеличить сцепление гусениц с грунтом. Для этого на звеньях гусениц делают выступы — шпоры, которыми гусеница упирается в грунт.
Рассмотрим работу гусениц, имеющих шпоры.
Пока сопротивление невелико и для движения требуется небольшая сила тяги, гусеницы удерживаются на грунте только силой трения.
Шпоры в этом случае не работают (рис. 402, Б). Если сопротивление возрастет, потребуется и большая сила тяги. Сила трения уже не сможет удерживать гусеницы на грунте. Нижние ветви гусениц, лежащие на земле, начнут смещаться назад, уплотняя шпорами грунт. Так будет происходить, пока шпоры не уплотнят грунт настолько, что дальнейшее движение нижних ветвей гусениц назад станет невозможным (рис. 402, В). Вследствие уплотнения грунта шпорами появится дополнительная сила, удерживающая гусеницы; за счет этой дополнительной силы и возрастет сила тяги.
Пусть сопротивление еще увеличится, что потребует увеличения силы тяги. Тогда нижние ветви гусениц больше сместятся назад; при этом шпоры плотнее спрессуют грунт: более плотный грунт будет сильнее удерживать звенья на месте.
Когда шпора в грунте сдвигается назад, впереди нее образуется пустота (ячейка). При большом смещении наступит момент, когда стенка между соседними ячейками станет такой тонкой, что грунт уже не сможет удержать шпоры. Тогда гусеницы сорвут грунт и забуксуют.
Таким образом, в случае преодоления больших сопротивлений сила тяги танка слагается из силы трения между гусеницами и грунтом и силы, возникающей вследствие того, что шпоры упираются в грунт, уплотняя его (сила зацепления). Но последняя возникает лишь в случае, если нижние ветви гусениц не лежат на грунте неподвижно: они все время несколько смещаются назад; чем больше сила тяги, тем больше смещение гусениц. Это явление называется частичным буксованием, в отличие от полного буксования, при котором танк вообще не движется ( в обиходе буксованием называют именно полное буксование).
При частичном буксовании снижается скорость танка. В то время как танк движется вперед по гусеницам, сами гусеницы смещаются назад. С танком происходит то же, что с человеком, идущим по песчаному подъему: ноги его скользят назад, и движение замедляется. Частичное буксование особенно сильно сказывается при движении по рыхлым грунтам: по болоту, песку, снегу. Потеря скорости здесь достигает 10— 15%, а иногда и больше; на твердых грунтах (дорогах) буксование ничтожно (1—3%), а иногда его и вообще может не быть.
Для увеличения сцепления с грунтом на звенья гусениц надевают дополнительные шпоры. Чтобы не портить дорог, особенно в условиях городского движения, и уменьшить сопротивление качению, дополнительные шпоры снимают, когда в них нет нужды.
СИЛА ТЯГИ ПО СЦЕПЛЕНИЮ. КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ
Наибольшая сила, с которой грунт может удерживать гусеницы, называется силой тяги по сцеплению. Ее величина зависит от силы, прижимающей гусеницы к грунту, т. е. от сцепного веса танка, а также от характера грунта и конструкции гусениц.
Сила тяги по сцеплению показывает, какое наибольшее сопротивление может преодолеть танк. В обычных условиях движения танку приходится преодолевать сопротивления, которые меньше предельных. В этих случаях действительная сила тяги меньше силы тяги по сцеплению.
Для определения силы тяги по сцеплению нужно знать сцепной вес танка и коэффициент сцепления гусениц с грунтом <р . Коэффициент <? как и коэффициент сопротивления качению, определяется опытным путем. Для этого поступают следующим образом.
К испытываемому танку сзади прицепляют через посредство динамометра гусеничную тормозную тележку. Затормаживая гусеницы тележки, увеличивают силу, необходимую для ее буксировки, до тех пор, пока гусеницы танка не забуксуют. Полученные при этом показания динамометра складывают с сопротивлением качению испытываемого танка, подсчитанным по приведенным выше формулам или найденным из опыта, и определяют таким образом общее сопротивление или равную ему силу тяги по сцеплению. Испытания ведут на горизонтальном участке (или исключают влияние подъема).
Найдя силу тяги по сцеплению Рс, ее делят на вес танка. Это и будет коэффициент сцепления <р, т. е.
На рис. 403 приведены средние величины коэффициента сцепления для гусениц без дополнительных шпор (речь идет о съемных шпорах, прикрепляемых к звеньям гусениц для увеличения сцепления) и с дополнительными шпорами (нижние цифры) для различных грунтов,
Рис. 403. Средние значения коэффициентов сцепления ср для гусениц без дополнительных шпор (числитель) и с дополнительными шпорами (знаменатель)
а на рис. 404 наименьшие и наибольшие значения коэффициента сцепления для гусениц без дополнительных шпор.
На грунте, который может создать достаточный упор (твердый грунт, покрытый дерном, уплотненный снег и т. д.), дополнительные шпоры повышают коэффициент сцепления на 30—50%. Так, например, при движении танка с гусеницами без дополнительных шпор по снегу глубиной 200—400 мм коэффициент сцепления <р = 0,4, а с дополнительными шпорами <р = 0,57.
Наибольшую величину коэффициента сцепления для плотных грунтов и гусениц без дополнительных шпор следует принимать не выше 0,7—0,8.
Как видно из сравнения рис. 403 и 397, коэффициент сцепления обычно в несколько раз больше коэффициента сопротивления качению на тех же грунтах.
Взяв из таблиц коэффициент сцепления и умножив его на сцепной вес танка G cos а, можно определить силу тяги по сцеплению по формуле
Рс = ?Gcosa.
Рис. 404. Предельные значения коэффициента сцепления для гусениц без дополнительных шпор
Уплотненный суглинистый грунт
В случае движения по полю, коэффициент сцепления которого ср =0,7, при подъеме 10° (cosa^ 1) сила тяги по сцеплению для танка весом 25 т составит
Рс = 0,7 -25 =17,5 т.
Такова наибольшая величина сопротивления, которое сможет преодолеть танк весом 25 т в данных условиях движения. При рассмотрении сопротивления движению было определено', что для танка весом 25 т на подъеме 10° сила сопротивления Ro = 7 т. Следовательно, сцепление в данном случае вполне обеспечивает преодоление подъема.
ПРЕДЕЛЬНЫЙ ПОДЪЕМ, ПРЕОДОЛЕВАЕМЫЙ ТАНКОМ
Определим наибольший подъем, который сможет преодолеть танк при наилучшем сцеплении гусениц с грунтом, т. е. при наибольшем значении коэффициента <?. При этом сила тяги Р с должна равняться наибольшему, пока нам не известному значению силы сопротивления т. е. Рс = /?о-
Взяв коэффициент сцепления <р == 1 (предельное значение с? для плотных грунтов и гусениц с дополнительными шпорами) и / = 0,1, найдем
Рс — cos а = О cos а; в то же время
7?0 — /Оcos а + Osin а = 0,1 Geos а + Gsin а, отсюда
Geos а = 0,1 Geos а -f- Gsin а.
Сократив вес и разделив обе части равенства на cos а, найдем величину тангенса предельного угла подъема:
tg а = 0,9,
что соответствует углу а = 42°. Значит, наибольший угол подъема, который мог бы преодолеть танк при наилучшем сцеплении гусениц с грунтом, равен примерно 40—42°. В обычных условиях движения наибольший угол подъема составляет 30—35°.
Автомобили с одной ведущей осью преодолевают значительно меньшие подъемы. По условиям сцепления автомобиль с двумя ведущими осями может в лучшем случае преодолеть подъем до 30°. Меньшая сила тяги по сцеплению у обычного автомобиля по сравнению с танком объясняется не только тем, что сцепление колес с грунтом хуже, чем сцепление гусениц. Имеет значение также и то, что ведущие колеса автомобиля (обычно задние) прижимаются к земле не всем весом автомобиля, как гусеницы танка, а лишь частью его, поскольку часть веса автомобиля приходится на передние колеса, которые не создают силы тяги.
Стальные колеса паровоза и трамвая имеют очень плохое сцепление со стальными рельсами, поэтому по сравнению с подъемами, преодолеваемыми танком, подъемы, которые может преодолеть поезд или трамвай, невелики.
СКОРОСТЬ ТАНКА И СИЛА ТЯГИ
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ И СИЛА ТЯГИ
Движущийся танк, преодолевая сопротивление движению, совершает работу. Величину этой работы в единицу времени можно определить, •зная силу сопротивления и скорость танка. Скорость — это путь, проходимый танком в единицу времени. Умножив этот путь на силу сопротивления, мы найдем работу, совершаемую в единицу времени. Так, если скорость v выражена в км/час, а сила сопротивления /?0 — в т, то работа, совершенная в течение часа, т. е. мощность, будет
N = т км/час.
Разделив найденную величину на 3600 (так как 1 час = 3600 секундам), получим мощность, выраженную в тоннокилометрах в секунду,
-Щ) т км/сек-
Обычно мощность выражают в лошадиных силах. Чтобы перейти от тоннокилометров в секунду к лошадиным силам, надо умножить найденную нами мощность на 1 000 000, так как 1 км = 1000 м, а 1 т = 1000 кг, и разделить на 75 (1 л. с. = 75 кгм/сек).
Тогда
1000000 п N=^600^5-^
или
X r 1UU
Мощность, необходимая для движения танка, создается двигателем. Однако не вся мощность двигателя N* используется на передвижение танка: 25—30% всей мощности двигателя расходуется на вращение вентилятора, трение в передаточных механизмах и деталях движителя танка. И только 70—75% идет на преодоление сопротивления движению. Следовательно, если принять, что потери мощности составляют 25%, то
JV= О,75ЛГД = Rav,
или
27-0,75^=100/?^, откуда округленно
Ч=5/?0г/,
где мощность выражена в л. с.у сопротивление в т, скорость в км!час.
Так как сила тяги при движении танка с постоянной скоростью должна быть равна силе сопротивления, или Р = /?о, то
N* = 5Pv, отсюда
или
Р = М~. (5)
Здесь также — в л. с.\ v — в км!час\ Р — в т.
Из формулы (5) следует, что сила тяги изменяется прямо пропорционально мощности двигателя и обратно пропорционально скорости движения танка.
Сила тяги должна меняться в широких пределах соответственно тем сопротивлениям, которые преодолевает танк. На хорошей дороге, где коэффициент сопротивления f = 0,05 (см. рис. 397) и подъемы не превышают 1 —1,5°, сила сопротивления движению /?0 = 0,06 Ch на предельном подъеме 42° и при / = 0,1 /?0 = 0,78 С?, или в 13 раз больше.
Из формулы Р = 0,2 следует, что при неизменной мощности двигателя силу тяги можно увеличить, лишь уменьшая скорость.
Обратимся к характеристике двигателя (см. рис. 175). Пусть танк движется по хорошей дороге, используя полную мощность двигателя. Этой мощности соответствует определенный крутящий момент на ведущих колесах, обеспечивающий силу тяги. Допустим теперь, что сопротивление возросло и силу тяги требуется увеличить в 2 раза. Характеристика двигателя показывает, что его крутящий момент нельзя увеличить вдвое путем уменьшения оборотов двигателя; крутящий момент остается почти постоянным. При уменьшении числа оборотов коленчатого вала понизится лишь скорость танка, а сила тяги увеличится только в пределах приспособляемости двигателя, т. е. для большинства двигателей в 1,1 —1,3 раза (не более чем на 30%).
Следовательно, необходимы другие способы увеличения силы тяги.
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО
Возьмем две шестерни, посаженные на валы: одну с 20, другую с 40 зубьями (рис. 405).
Если вращать вал малой шестерни, т. е. ведущий вал, то малая шестерня приведет во вращение большую, вместе с которой начнет вращаться ведомый вал. Пока малая шестерня совершит один оборот, работают поочередно все ее 20 зубьев, и каждый из них сцепляется с одним из зубьев большой шестерни. Значит, за время, в течение которого малая шестерня сделает один оборот, большая повернется также на 20 зубьев, т. е. сделает пол-оборота; вторые пол-оборота она совершит за время, в течение которого малая шестерня сделает следующий оборот. Таким образом, за два оборота малой шестерни большая шестерня, а следовательно, и ведомый вал сделают один оборот.
Если ведущий вал делает П\ оборотов в минуту, то число оборотов п2 ведомого вала будет равно половине П\, т. е. п2 = ~.
Если на ведомой шестерне будет не 40, а 60 зубьев, то за время, в течение которого ведущая шестерня сделает три оборота, ведомая сделает один оборот: л2 “ •
О
Если ведущая шестерня больше ведомой (допустим, ведущая имеет 40, а ведомая 20 зубьев), то за один оборот она повернет ведомую шестерню на два оборота: п2 = 2пг,
Таким образом, при передаче вращения через пару шестерен число оборотов ведомого вала будет зависеть от числа зубьев ведущей и ведомой шестерен.
Отношение числа оборотов ведущего вала к числу оборотов ведо-
мого называется передаточным числом.
Передаточное число обозначается буквой t;
Рис. 405. Определение передаточного числа пары шестерен
Чем меньше ведущая шестерня, тем дольше сила Р
2 ZM 4eM больше ведомая шестерня, тем больше момент Mz
Рис. 406. Определение крутящего момента на ведомом валу
Если передаточное число больше единицы, ведомый вал вращается медленнее ведущего, а если меньше — быстрее его.
В нашем первом примере ведущая шестерня имеет число зубьев Zi = 20, ведомая г2 = 40; — 2; это и есть передаточное число.
В последнем примере Zi = 40, z2 = 20; -у- = = ~; это также
передаточное число.
Для пары шестерен передаточное число равно отношению числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей.
Определим крутящий момент на ведомом валу (рис. 406).
Зуб ведущей шестерни давит на зуб ведомой с определенной силой Р. Эта сила равна крутящему моменту ведущего вала Mlf деленному на радиус ведущей шестерни rlf т. е.
Р=== Лк fi ’
Чем меньше радиус ведущей шестерни, тем больше сила, действующая на зуб ведомой.
Чтобы найти крутящий момент Л12 на ведомом валу, надо умножить силу Р на плечо ее действия, т. е. на радиус ведомой шестерни г2; получим М2 = Рг2. Чем больше радиус ведомой шестерни, тем больше крутящий момент на ведомом валу.
Итак, Л12 = Рг2, следовательно, Р — ,
Г2
В то же время
р__
г 1
Так как сила Р одна и та же, то можно приравнять эти две величины, написав
Лк = Л1
П г2 ’
Отсюда следует, что
4^2 f 2
Г1 *
Из двух сцепленных шестерен та шестерня больше, у которой больше зубьев. Так, если одна шестерня имеет 20 зубьев и радиус ее равен 50 мм, то радиус второй шестерни, имеющей 40 зубьев, будет равен 100 мм\ поэтому вместо отношения радиусов можно подставить, отношение числа зубьев —, т. е.
М2 г2 z2
/Wj ~z['
Но — это передаточное число Z. Таким образом,
i ълъ М2 =
Крутящий момент ведомого вала равен крутящему моменту ведущего, умноженному на передаточное число.
Как указывалось, при t = 2 число оборотов ведомого вала вдвое меньше числа оборотов ведущего. Но при этом крутящий момент на
Схема
z,=20
?з*20
6
2s‘2O
5
О
о
Ведомый вал (250об/мин)
Zf60 26=40
Рис. 407. Определение передаточного
Первый передаточ- . ный вал (1500об/мин) 3 jZ^20 -
Второй ne-1 z,-40 ~~ датой-ный вал z^-20 (500об/мин)^ 5
Zf6Q
числа нескольких пар шестерен
ведомом валу, как только что было установлено, вдвое больше, чем на ведущем. Значит, при уменьшении скорости в 2 раза крутящий момент увеличивается также в 2 раза.
Таким образом, если соединить с двигателем малую шестерню, а с ведущими колесами танка — сцепленную с ней большую, сила тяги увеличится; при этом скорость танка уменьшится во столько же раз (по сравнению со случаем, когда коленчатый вал двигателя был бы соединен непосредственно с ведущими колесами).
Если вращение передается последовательно через несколько пар шестерен (рис. 407), общее передаточное число будет равно
I = Zj Z? ^3 • • •
ИЛИ
i= Z2 Z4 26
21 23
В чем легко убедиться, рассматривая работу передачи. В нашем примере
. 40-60-40
20-20-20 “
Итак, общее передаточное число передачи равно произведению передаточных чисел всех последовательно включенных пар шестерен, находящихся между ведущим и ведомым валами,
КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Соединим ведущий вал, имеющий три шестерни, с коленчатым валом двигателя (рис. 408). На ведомом валу, соединенном с ведущими колесами танка, также установим три шестерни, которые могут передвигаться вдоль вала, а вращаются всегда вместе с ним; это достигается применением шлицевого соединения, показанного на рис. 408. Шестерни, установленные на шлицах ведомого вала так, чтобы их можно было передвигать вдоль вала, называются каретками.
Пусть передаточное число первой пары шестерен Zi = 13, передаточное число второй пары i2 = 4, третьей пары /з = 1. Передвигая влево крайнюю правую каретку, введем в зацепление третью пару шестерен с передаточным числом 1з= 1. Тогда ведомый вал будет делать столько же оборотов, сколько коленчатый вал двигателя, а крутящий момент на ведомом валу будет равен крутящему моменту двигателя. Этот крутящий момент создает на гусеницах танка силу тяги определенной величины. Пусть величина силы тяги равна 0,06 G, что дает танку возможность двигаться по хорошим дорогам с небольшими подъемами в 1—1,5°.
Рис. 408. Схема коробки передач
Допустим теперь, что с хорошей дороги танк перешел на подъем крутизной 10°, для которого необходима сила тяги, равная примерно 0,25 G, т. е. примерно вчетверо большая, чем в первом случае.
Если при движении танка по хорошей дороге двигатель работал с наибольшей подачей горючего, т. е. использовал всю свою мощность, он не может увеличить крутящий момент в 4 раза. Но можно вывести из зацепления третью пару шестерен и ввести в зацепление вторую пару с передаточным числом I — 4. Тогда крутящий момент на ведомом валу станет вчетверо больше крутящего момента двигателя. Это позволит увеличить вчетверо силу тяги, и танк сможет преодолевать подъемы крутизной около 10°. При этом вследствие уменьшения числа оборотов ведомого вала и связанных с ним ведущих колес скорость танка уменьшится в 4 раза.
Наконец, если включить первую пару шестерен с передаточным числом 1= 13, крутящий момент и сила тяги увеличатся в 13 раз сравнительно со случаем, когда включена третья пара шестерен. Сила тяги будет равна 0,78 G, что даст танку возможность преодолеть подъем около 42°. При этом скорость танка будет в 13 раз меньше, чем на хорошей дороге.
Таким образом, если ввести между двигателем и ведущими колесами танка такой механизм, как только что рассмотренный, то он позволит получать разные передаточные числа и тем самым изменять силу тяги на гусеницах и скорость движения танка, не меняя числа оборотов и крутящего момента двигателя. Этот механизм называется коробкой передач.
Рассмотренная нами коробка передач называется трехступенчатой, так как она имеет три ступени или три разных передаточных числа.
Если ни одна пара шестерен не находится в зацеплении, т. е. все каретки занимают нейтральное положение, значит ведущие колеса танка отключены от двигателя. Следовательно, коробка передач дает возможность отключать двигатель от ведущих колес танка. Это бывает необходимо при запуске двигателя и на коротких остановках, чтобы не глушить двигатель. Кроме того, специальная передача заднего хода в коробке передач (на схеме не приведена) дает возможность танку двигаться не только вперед, но и назад.
ДИАПАЗОН СКОРОСТЕЙ
Выше было установлено, что сила тяги, необходимая для движения танка на хорошей дороге, равна 0,06 G, а для преодоления наибольшего подъема — 0,78 G, т. е. в 13 раз больше.
Пусть передаточное число на высшей передаче равно единице, а сила тяги на этой передаче Рв=0,06 G. Если передаточное число низшей передачи взять равным 10, то сила тяги будет Рн = 0,06 • 10 = 0,6 G.
Вследствие приспособляемости двигателя можно увеличить эту силу еще в 1,1 —1,3 раза, т. е. до 0,7—0,8 G. Правда, при этом двигатель будет работать на пониженных оборотах и, следовательно, при длительной работе может перегреться. Но подъемы свыше 40° не бывают длинными, а кратковременная работа двигателя на максимальном крутящем моменте вполне допустима. Отсюда следует что передаточное число 10 вполне обеспечивает движение танка при всех сопротивлениях движению — от сопротивления движения по горизонтальной хорошей дороге до сопротивления движению на предельном подъеме в 40—42°.
Так как скорость танка уменьшается во столько же раз, во сколько увеличивается сила тяги, то
Т'н _____
где фв— скорость на высшей передаче, a — скорость на низшей передаче при одних и тех же оборотах двигателя.
Отношение — называют диапазоном скоростей и обозна-
VH чают буквой d.
Для танка диапазон скоростей желательно иметь примерно равным 10. Уменьшение диапазона приводит либо к уменьшению преодолеваемого на низшей передаче сопротивления (например, подъема), либо к снижению высшей скорости танка.
Действительно, пусть диапазон скоростей равен 5 и сила тяги на высшей передаче Рв = 0,06 G. Тогда на низшей передаче она составит Рв = 0,06 G • 5 = 0,3 G. Танк сможет преодолевать подъемы не более 10—12° (см. рис. 400).
Пусть теперь при том же диапазоне сила тяги на низшей передаче равна Рн = 0,7 G, что соответствует подъему в 40°. Тогда на высшей передаче сила тяги будет
Рв = -°^ = 0,14(7.
Между тем для движения по хорошей дороге достаточно иметь силу тяги 0,06—0,07 G. В этом случае при движении по хорошей дороге создастся запас силы тяги, который использовать невозможно, так как высшая передача уже включена.
Следовательно, по хорошей дороге танк будет двигаться с меньшей скоростью, чем позволяет мощность его двигателя. Значит, двигатель в этом случае будет работать на неполной мощности.
Итак, уменьшение диапазона ниже d=10 нежелательно.
Увеличение диапазона свыше 10 не имеет смысла, так как при этом танк будет иметь либо слишком малую силу тяги на высшей передаче, не соответствующую действительным условиям движения по дорогам, либо чрезмерно большую силу тяги на низшей передаче, использовать которую не удастся, так как она будет превышать максимальную силу тяги по сцеплению.
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Предположим, что коробка передач имеет только две передачи: высшую, обеспечивающую скорость движения vB = 50 км/час и силу тяги PB = 0,06G, и низшую, которой соответствуют = 5 км/час и Рн = 0,6G; диапазон скоростей коробки d=10.
Если танк с такой коробкой передач двигался по хорошей дороге, а потом перешел, например, на пахоту, пусть даже без подъемов, но с такими условиями движения, которые требуют силы тяги примерно 0,08—0,1 G, то он уже не сможет продолжать движение на высшей передаче, даже если учесть приспособляемость двигателя. В этом случае придется перейти на низшую передачу и двигаться со скоростью 5 км/час, в то время как мощность двигателя позволяет иметь скорость 30—35 км/час. С пятикилометровой скоростью придется двигаться на всех сопротивлениях, превышающих 0,06—0,07 G.
Введем в коробку промежуточную передачу, скорость на которой будет гпр = 30 км/час и соответствующая ей сила тяги Рпр = 0,1 G. На этой передаче танк сможет двигаться, преодолевая сопротивления ог 0,07 до, 0,12 G (с учетом приспособляемости двигателя), т. е. на местности с подъемами до 2—3°. На пятиградусных подъемах уже потребуется перейти на низшую передачу, и танк будет двигаться со скоростью 5 км/час, при этом мощность двигателя будет снова использоваться неполностью. Таким образом, недостаточно иметь и трехступенчатую коробку передач.
Сколько же передач в коробке желательно иметь для танка? Очевидно, столько, сколько встречается различных сопротивлений при движении, т. е. бесчисленное множество, так как величина сопротивления непрерывно изменяется. С такой коробкой танк будет преодолевать любое сопротивление, встречающееся на его пути (в пределах диапазона скоростей); причем мощность двигателя всегда будет использоваться полностью, а скорость танка при всяком сопротивлении будет настолько большой, насколько позволяет мощность двигателя. Коробку передач, обеспечивающую бесчисленное множество передач/называют непрерывной. Такие коробки из-за своей сложности и больших потерь мощности пока не получили широкого применения на танках. Подавляющее большинство танков имеет ступенчатые коробки, т. е. коробки с ограниченным числом передач.
Рассмотрим подробнее работу коробки передач, имеющей три передачи с передаточными числами i± = 10, Z2 = 4, z3 = 1, что дает силы тяги Pi = 0,6 G, Р% — 0,24 G, Р3 = 0,06 G (рис. 409) при скоростях 50, 12,5 и 5 км/час.
Предположим, что танк движется по местности, на которой сопротивление движению непрерывно возрастает от нуля (как мы видели выше, сопротивление движению, в отличие от сопротивления качению, может равняться нулю, например на спуске) до 0,72 G. Допустим далее, что крутящий момент двигателя может увеличиться на 20% вследствие приспособляемости, а мощность при этом уменьшится до 60% от наибольшей. Будем считать, что механик-водитель управляет танком, поддерживая обороты двигателя все время возможно большими и примерно постоянными (если двигатель снабжен всережимным регулятором— регулятор установлен на наибольшие обороты).
При сопротивлении, равном нулю, потребная мощность двигателя также равна нулю. Двигатель работает вхолостую. Танк движется на высшей (третьей) передаче с наивысшей скоростью, соответствующей этой передаче.
С увеличением сопротивления, чтобы двигатель не заглох, надо подать в его цилиндры больше горючего. Тогда крутящий момент возрастет, а с ним увеличится и мощность. Обороты же двигателя, а значит, и скорость танка не изменятся.
При сопротивлении /?0 = 0,06 G мощность двигателя будет использована полностью (на 100%). С дальней-
Рис. 409. Использование мощности двигателя при трехступенчатой коробке передач и диапазоне d = 10
шим увеличением сопротивления танк уже не сможет двигаться с наибольшей скоростью третьей передачи: обороты двигателя начнут снижаться, и возросшее сопротивление придется преодолевать, используя приспособляемость двигателя при все более уменьшающейся мощности.
Когда сопротивление достигнет 0,06-1,2 = 0,072 G, продолжать движение на третьей передаче будет уже невозможно: приспособляемость двигателя использована до конца. Если не перейти на вторую передачу, двигатель заглохнет.
Дальше танк будет двигаться на второй передаче с соответствующей ей наибольшей скоростью. Но на этой передаче можно развить силу тяги 0,24 G, а переход на нее произведен при сопротивлении, равном 0,072 G. При этом сопротивлении мощность двигателя используется совершенно неудовлетворительно — всего на 30%. Однако по нашему условию сопротивление непрерывно повышается, и по мере его роста используемая мощность двигателя увеличивается, достигая 100% при /?0 = 0,24 G.
Далее скорость опять начнет падать, и при /?о = 0,29 G придется перейти на первую передачу. На первой передаче танк будет двигаться, используя вначале всего около 50% мощности двигателя. Когда же сопротивление достигнет /?о = 0,6 G, мощность будет снова использоваться целиком. Дальнейшее увеличениесопротивления движению вызоветумень-шение скорости и мощности. При /?0 = 0,72 G двигатель заглохнет, так как приспособляемость двигателя будет исчерпана, а более низкой ступени коробки передач в нашем случае нет.
Конечно, в реальных условиях случай такого беспрерывного увеличения сопротивления маловероятен. Мы рассмотрели его, чтобы показать, как у танка с выбранной нами коробкой передач может быть использована мощность двигателя при разных сопротивлениях и на каких передачах можно при этих сопротивлениях двигаться.
Из рис. 409 следует, что все сопротивления от 0,07 G до 0,29 G приходится преодолевать на второй передаче, а более 0,29 G — на первой. При этом на весьма большом числе сопротивлений мощность двигателя используется плохо. Кроме того, большой разрыв между скоростями соседних передач (50 и 12,5 км/час) приведет к тому, что при переходе на высшую передачу двигатель не сумеет обеспечить набор нужной скорости — он заглохнет. Все это заставляет оценить трехступенчатую коробку
передач для диапазона скоростей, равного 10, как неудовлетворительную.
Нетрудно убедиться, что как использование мощности, так и разрыв между соседними передачами зависят при одном и том же диапазоне от количества передач: чем их больше, тем лучше используется мощность и тем меньше разрыв между соседними передачами. Но увеличение числа передач в обычной ступенчатой коробке связано с рядом: трудностей — оно усложняет конструкцию коробки передач и ее привода. Чрезмерное же уменьшение диапазона скоростей, как мы видели, ухудшает подвижность танка.
РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН
Иногда, чтобы не увеличивать значительно количества передач и не уменьшать диапазон, поступают следующим образом. Сопротивления, соответствующие подъемам 40—42°, встречаются на пути танка крайне редко. Танк трогается с места также в большинстве случаев не на низшей передаче; поэтому низшую передачу несколько отделяют от следующих за ней передач коробки. В этом случае такую передачу называют замедленной (или медленной). Остальные передачи нумеруют по порядку, начиная с первой. Замедленная передача применяется только при движении в особо тяжелых условиях, главным образом при преодолении крутых подъемов, трогании с места на подъемах и т. д.
Более широкий разрыв между замедленной и первой передачами позволяет сблизить остальные передачи, следовательно, облегчить их переключение, а также полнее использовать при работе на этих передачах мощность двигателя. В конечном счете все это повышает среднюю скорость движения танка.
Отношение скорости танка на высшей передаче к скорости на замедленной называется в этом случае общим диапазоном короб-к и, а отношение скорости на высшей передаче к скорости на первой — рабочим диапазоном (реже — главным диапазоном), так как именно в этом диапазоне чаще всего приходится работать танку. Если, принять, что в рабочем диапазоне танк должен преодолевать сопротивления от 0,06 G (на хороших дорогах) до 0,24—0,25 G (что соответствует подъемам до 10°), то необходимая величина рабочего диапазона составит
В этом диапазоне и должно быть, прежде всего,, обеспечено достаточно легкое переключение передач, не приводящее к остановке двигателя, и максимальное использование его мощности. На рис. 410 показано, как влияет количество передач в рабочем диапазоне на использование мощности двигателя. Здесь под разрывом между передачами понимается отношение скоростей двух соседних передач. Из графика видно, что при трех передачах, когда отношение скоростей соседних передач равно 2, используется не менее 60% мощности; при четырех, когда отношение скоростей соседних передач равно 1,6,— не менее 70%; при пяти, когда отношение скоростей соседних передач равно 1,4, — приблизительно 80%. Дальнейшее увеличение числа передач не дает значительного роста использования мощности: даже удвоение числа передач (с 6 до 12) увеличивает использование мощности всего на 10%.
Таким образом, пять передач в рабочем диапазоне и одна замедленная вполне обеспечивают удовлетворительное использование мощности
Рис. 410. Зависимость наименьшего использования мощности двигателя от величины разрыва между передачами
Рис. 411. Использование мощности двигателя в рабочем диапазоне при пятиступенчатой коробке передач (низшая передача — замедленная)
двигателя. При таком числе передач переключение также не представляет трудности.
На рис. 411 показано, как используется мощность в рабочем диапазоне пятиступенчатой коробки передач с общим диапазоном 10 и рабочим диапазоном 4. Из рисунка видно, что процент используемой мощности будет ниже 70 только на очень малых сопротивлениях — около 0,03, которые встречаются весьма редко.
СХЕМЫ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ
Коробки передач могут быть устроены по-разному. Однако в каждой коробке обязательно есть ведущий вал, которому передается крутящий момент от двигателя, и ведомый, передающий уже измененный в коробке крутящий момент ведущим колесам танка
Рассмотрим основные схемы коробок передач, применяющихся на танках. Главное различие в этих схемах заключается в количестве шестерен и валов и способах использования шестерен — используются ли одни и те же шестерни на нескольких передачах или только на одной.
На рис. 412 показана простейшая коробка передач. В ней всего два вала. В такой коробке трудно получить большое передаточное число, так как крутящий момент на каждой передаче передается только через одну пару шестерен, а одна пара шестерен не может дать значительного передаточного числа. В самом деле, если ведущая шестерня имеет всего 12 зубьев (по условиям изготовления и работы шестерен меньше зубьев обычно не делают), то ведомая шестерня при передаточном числе 5 будет иметь 60 зубьев, а диаметр ее для обычных танковых коробок будет не менее 300 мм. При большем передаточном числе размеры шестерен будут еще больше, и вся коробка станет очень громоздкой.
Как правило, в танковых коробках
передач передаточное число одной пары шестерен не превышает 3, поэтому коробки с двумя валами применяются лишь при малом диапазоне скоростей.
Если диапазон скоростей велик, крутящий момент на каждой передаче передается через две и более пар шестерен. Тогда общее передаточное число равно произведению передаточных чисел каждой пары и может быть достаточно велико даже при сравнительно небольших шестернях. В этом случае между ведущим и ведомым валами имеется один (рис. 413) или несколько передаточных валов с промежуточными ше-
стернями.
В коробке передач, показанной на рис. 413, ведущий и ведомый валы расположены соосно — на одной прямой. Это дает возможность соединять их кулачковой или зубчатой муфтой так, что оба вала могут вращаться как одно целое (с передаточным числом, равным единице).
Такая передача называется прямой; при ее включении шестерни вращаются вхолостую. Вследствие этого зубья шестерен не изнашиваются и мощность на преодоление трения между зубьями почти не затрачивается.
Прямой передачей выгодно делать ту из передач, на которой машина движется большую часть времени (так, на автомобилях прямой передачей чаще всего делают высшую передачу).
Так как на танке высшей передачей приходится пользоваться сравнительно редко (она предназначена для движения только по хорошим дорогам), прямую передачу в танковых коробках делают не высшей, а предшествующей ей. Передаточное число прямой! передачи равно единице; поэтому, чтобы скорость танка на высшей передаче была больше, чем на прямой, передаточное число высшей передачи должно быть меньше единицы. В этом случае ведомый вал должен вращаться быстрее ведущего. Такую передачу называют повышающей.
Рис. 412. Схема коробки передач с двумя валами
__ЯШН11ПШК
IIIIIK
Ведомый вал
Передаточный
*=^-вал
ЖШШ11Н1ШШПППИ
Кулачковая муфта
Ведущий вал
Рис. 413. Схема коробки передач с тремя валами (один передаточный вал)
X —М. :
Рис. 414. Схема комбинированной коробки передач
С увеличением числа передач увеличивается и число шестерен коробки. Чтобы избежать значительного увеличения числа шестерен, а значит, и размеров коробки, делают комбинированные коробки, в которых общее число шестерен уменьшено. В рассмотренных нами коробках число шестерен вдвое больше числа передач, т. е. на каждую передачу приходится по паре шестерен. Коробка, показанная на рис. 414, имеет десять шестерен, но она дает не пять, а восемь передач. Действительно, когда сцеплены шестерни 1 и 2, передвижением кареток ведомого вала можно получить четыре передачи. Еще четыре передачи дадут те же каретки при сцеплении шестерен 3 и 4. Но управлять коробкой такого устройства, как показано на рис. 414, труднее, чем простой: чтобы
включить некоторые передачи, приходится передвигать сразу две ка-
ретки — одну на ведущем, другую на ведомом валу.
Более сложные сочетания шестерен позволяют еще уменьшить их число. Так, в коробке, где промежуточные шестерни установлены независимо одна от другой (не на общих валах), можно с десятью шестернями получить уже не восемь, а шестнадцать передач. Правда, механизм управления такой коробкой будет весьма сложным.
ЗАДНИЙ ХОД
Коленчатый вал двигателя всегда вращается в одну и ту же сторону. ^Между тем, чтобы танк мог свободно маневрировать, в особенно
сти в узких проходах, он должен иметь возможность двигаться не только вперед, но и назад. Для этого служит передача заднего хода,
Рис. 415. Каретка заднего хода
или, сокращенно, задний ход. Пользуясь задним ходом, можно изменять направление вращения ведущих колес танка при неизменном направлении вращения коленчатого вала двигателя.
Для получения заднего хода в коробке имеется дополнительная каретка — каретка заднего хода (рис. 415).
При движении тан-
ка вперед каретка на ведомом валу (на ри-
сунке задняя шестерня) сцеплена с шестерней ведущего вала. Так как ведущий вал вращается по часовой стрелке, то ведомый будет вращаться против часовой стрелки, как показано прерывистой стрелкой. То же самое произойдет при включении любой другой передачи (на рисунке шестерни этих передач не показаны).
Чтобы включить задний ход, передвигают каретку заднего хода, вводя ее в зацепление с шестерней на ведущем валу. Каретка заднего
хода и ее вал с сидящей на нем второй шестерней начнут вращаться против часовой стрелки. Вторая шестерня каретки заднего хода, сцепленная с шестерней ведомого вала, будет вращать ведомый вал по часовой стрелке, т. е. в направлении, противоположном тому, которое было при движении танка вперед. Вследствие этого изменится направление вращения ведущих колес танка, и танк пойдет задним ходом.
ДЕМУЛЬТИПЛИКАТОР
Ведомый вал
Чтобы увеличить число передач и диапазон скоростей, на некоторых танках устанавливали две коробки передач, соединяя ведомый вал одной из них с ведущим валом другой. Дополнительная коробка, имеющая две, реже три передачи, называется д е-мультипликатором в том случае, если ее передачи замедляющие (рис. 416), или мультипликатором, если ее передачи ускоряющие.
Если на танке стоит четырехступенчатая коробка, демультипликатор позволяет получить восемь передач — по четыре на каждой передаче демультипликатора.
Коробка в сочетании с демультипликатором работает так же, как рассмотренная нами комбинированная коробка (см. рис. 414), но при этом вся установка получается бо-
Рис. 416. Коробка передач с демуль-
типликатором
лее громоздкой; вводится самостоятельный механизм со своим картером, отдельным рычагом управления, увеличивается общее число валов и
шестерен.
Так, в коробке, показанной на рис. 414, имеется три вала и десять шестерен, а в коробке с демультипликатором (см. рис. 416) —пять валов и двенадцать шестерен, хотя число передач в обоих случаях равно восьми.
ГЛАВНЫЙ ФРИКЦИОН
УДАР ШЕСТЕРЕН ПРИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИИ
Рассмотрим явления, происходящие при переключении передач.
Пусть коленчатый вал двигателя жестко связан с ведущим валом коробки. В коробке находятся в зацеплении шестерни 1 и 2 (рис. 417,
слева). Числа оборотов этих шестерен не равны, но окружные скорости их зубьев (т. е. путь, проходимый зубом в единицу времени) одинаковы. Это понятно, так как находящиеся в зацеплении зубья шестерен не могут обгонять друг друга.
Рис. 4/7. Удар зубьев шестерен при переключении передач
Шестерня 3, жестко сидящая на ведущем валу, делает столько же оборотов, сколько шестерня 1. Но скорость ее зубьев больше скорости зубьев шестерни 1. Действительно, чем дальше от центра вала находится зуб, т. е. чем больше шестерня, тем больший путь за один оборот вала проходит зуб этой шестерни и тем больше его окружная скорость (рис. 417, посередине). Так, например, если диаметр шестерни 3 вдвое больше диаметра шестерни /, то ее зуб за один оборот опишет вдвое большую окружность; вдвое больше будет и его окружная скорость.
По той же причине окружная скорость зуба шестерни 4 на ведомом валу меньше, чем окружная скорость зуба шестерни 2. Значит, скорость зуба шестерни 3 намного больше скорости зуба шестерни 4. Разность в скоростях зубьев этих шестерен будет тем больше, чем сильнее разрыв между скоростялми обеих передач.
Разность окружных скоростей даст себя знать при попытке ввести в зацепление шестерни 3 и 4, т. е. перейти на высшую передачу; произойдет удар зубьев зацепляемых шестерен; он будет тем сильнее, чем больше разница между окружными скоростями шестерен.
Удар не произойдет, если окружные скорости зубьев обеих шестерен в момент включения будут одинаковы. Чтобы уравнять их, надо замедлить вращение ведущего вала после того, как выключена низшая передача. Это можно сделать, уменьшив подачу горючего, т. е. снизив обороты коленчатого вала двигателя. Для безударного включения передачи механик-водитель должен точно уловить момент, когда скорости уравняются.
При переходе с высшей передачи на низшую (рис. 417, справа) окружная скорость зубьев шестерни 1 меньше, чем окружная скорость зубьев шестерни 2. Чтобы уравнять окружные скорости, можно после выключения передачи увеличить подачу горючего, ускорив тем самым 404
скорость вращения ведущего вала. Можно также выждать, пока не снизятся обороты ведомого вала в результате замедления движения танка, идущего по инерции. Но в обоих случаях все зависит опять-таки от искусства механика-водителя.
ФРИКЦИОННАЯ МУФТА
Если на время переключения передач разъединить ведущий вал коробки с коленчатым валом двигателя, удар будет значительно слабее. Так как ведущий вал коробки уже не связан с двигателем и вращается только по инерции, а масса этого вала невелика, то число оборотов его может легко измениться, как только шестерни начнут входить в зацепление; поэтому между двигателем и коробкой передач должен быть механизм, который позволял бы отключать их друг от друга на время
переключения передач, а затем вновь соединять. Таким механизмом может быть соединительная муфта.
Однако жесткая соединительная муфта, например зубчатая, для этой цели не годится. При ее включении тоже произойдет удар, но не зубьев шестерен, а зубьев муфты. Механизм должен постепенно уравнивать скорости коленчатого вала двигателя и ведущего вала коробки, которые он соединяет. Этого можно достичь при помощи такой муфты, которая передает крутящий момент
Рис. 418. Схема фрикционной муфты
посредством трения. Такая муфта
называется фрикционной. Фрикционная муфта, соединяющая двигатель
танка с его коробкой передач, называется главным фрикционом
или сцеплением.
В работе почти всех рассмотренных нами ранее механизмов участвовала сила трения. В большинстве случаев она оказывает вредное влияние, поэтому ее стараются уменьшить. Но уже при рассмотрении движения танка в начале настоящей главы мы познакомились с полезным действием силы трения. Именно сила трения удерживает опорные ветви гусениц на грунте, препятствуя их буксованию, т. е. обеспечивает
движение танка.
Во фрикционных механизмах, к числу которых принадлежит и главный фрикцион, сила трения используется для передачи крутящего момента от одной вращающейся детали к другой.
Простейшая фрикционная муфта состоит из двух дисков, установленных на разных валах и прижатых один к другому (рис. 418). Возникающая вследствие прижатия сила трения обеспечит передачу от одного вала к другому крутящего момента, величина которого будет равна произведению силы трения на средний радиус дисков (радиус трения).
Устройство главного фрикциона рассмотрено в главе III.
КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ, ПЕРЕДАВАЕМЫЙ ФРИКЦИОНОМ
Величина крутящего момента, передаваемого фрикционом, зависит от величины сил трения между ведущими и ведомыми деталями и от радиуса, на котором действуют эти силы. Можно считать, что сила трения приложена приблизительно в середине рабочей (трущейся) поверхности диска. Таким образом, чем больше средний радиус диска, тем больший
момент трения имеет фрикцион и тем больший крутящий момент двигателя можно через него передать. Однако значительно увеличивать радиус трущихся деталей нельзя, так как это поведет к увеличению размеров фрикциона.
Как мы уже говорили, сила трения зависит от силы, с которой прижаты одна к другой трущиеся детали, и от материала, из которого они изготовлены. В танковых фрикционах применяют либо одни стальные диски трения, либо стальные с чугунными; иногда для увеличения трения диски обшивают специальными накладками из фрикционных материалов, например из прессованной медно-асбестовой плетенки (ферродо) И т. п.
Если сила, сжимающая диски, равна 100 кг, то возникающая между дисками сила при трении стали по стали достигает 18 кг, стали по чугуну — 25 кг, стали по ферродо — 30 кг, Для некоторых фрикционных материалов сила трения достигает 50—55 кг на 100 кг прижимающей силы.
Сила трения резко уменьшается, если на трущиеся поверхности попадает масло. Со стальных дисков масло легко смывается бензином, а с дисков, имеющих накладки, его удалить очень трудно, так как масло впитывается в поры накладок.
Иногда делают специальные фрикционы, работающие в масле. В этих фрикционах в противоположность сухим диски изнашиваются гораздо медленнее, а включение фрикциона происходит более плавно; кроме того, масло хорошо отводит тепло от трущихся поверхностей дисков. Но зато сила трения между дисками таких фрикционов гораздо меньше, чем сухих.
Можно повысить силу трения фрикциона, увеличив силу, сжимающую диски, т. е. сильнее сжав пружины. Но это нерациональный способ, потому что чем сильнее сжаты пружины, тем труднее выключить фрикцион и тем большую работу приходится для этого выполнять механику-водителю.
Есть, однако, способ, который позволяет значительно повысить силу трения, не увеличивая сжатия пружин. Этот способ широко используется на средних и тяжелых танках.
В главе III было рассмотрено устройство фрикциона, который называется однодисковым (см. рис. 91); в нем всего две пары поверхностей трения: одна пара — маховик и ведомый диск, другая — ведомый и нажимной диски. Сила трения для каждой из пар одинакова, так как они сжаты одними и теми же пружинами. Если добавить в фрикцион еще один ведущий и один ведомый диск, получится уже четыре пары поверхностей с одинаковой силой трения для каждой пары, а общая сила трения возрастет вдвое. Вдвое, следовательно, увеличится и передаваемый крутящий момент и т. д. Поэтому, когда нужно передавать большой крутящий момент, применяют многодисковые фрикционы. Устройство такого фрикциона также рассмотрено выше (см. рис. 92).
Чем больше дисков имеет фрикцион, тем больший момент он может передавать.
Так, если сила трения для одной пары поверхностей равна Р, средний радиус диска — /?, а число пар поверхностей трения — п, фрикцион может передать момент М = PRn,
Заметим, что каждый диск (кроме двух крайних) имеет две поверхности трения. Поэтому, например, если фрикцион имеет 7 ведущих и 406
6 ведомых дисков, у него будет 12 пар поверхностей трения (т. е. п == 12). Тогда при той же силе нажатия пружин и тех же размерах он сможет передать момент, в 12 раз больший, чем фрикцион, показанный на схеме (рис. 418), и в 6 раз больше, чем однодисковый.
Чтобы фрикцион мог полностью и надежно передать наибольший крутящий момент двигателя, момент от сил трения должен быть больше момента двигателя, т. е. фрикцион должен иметь некоторый запас момента. В танковых фрикционах этот запас составляет 50—200%. Без него уже при небольшом ослаблении пружин или замасливании части дисков фрикцион не сможет передавать полный крутящий момент и будет буксовать, в результате чего может «сгореть».
РАБОТА ФРИКЦИОНА ПРИ БЫСТРОЙ ОСТАНОВКЕ ТАНКА
Вращаясь с большой скоростью, коленчатый вал и особенно маховик двигателя обладают большим запасом энергии. Выше мы видели, что, раскрутив маховичок инерционного стартера, можно, пользуясь его энергией, без труда провернуть коленчатый вал мощного двигателя. Маховик двигателя, правда, вращается медленнее маховичка инерционного стартера, но размеры его больше, и он тяжелее.
Допустим, что танк наехал на такое препятствие, которое исключает возможность движения вперед, и поэтому внезапно остановился. Гусеницы и, следовательно, все валы и шестерни передаточных механизмов, вплоть до ведомой части фрикциона, также должны остановиться. Не будь главного фрикциона, энергия продолжающего вращаться коленчатого вала с закрепленным на нем массивным маховиком пошла бы на разрушение деталей механизмов трансмиссии; произошло бы скручивание валов и поломка шестерен.
При наличии главного фрикциона такая возможность исключена. Так как танк остановился, то остановилась и ведомая часть фрикциона. Маховик же вместе с другими деталями ведущей части будет продолжать вращаться; произойдет пробуксовка фрикциона, энергия маховика будет расходоваться на трение между дисками и в конечном счете превратится в тепло. В худшем случае это приведет к перегреву дисков, но поломки деталей трансмиссии будут предотвращены.
Явление, рассмотренное нами, происходит не только тогда, когда танк останавливается, но и во всех случаях, когда сопротивление движению танка внезапно возрастает, вследствие чего резко уменьшается его скорость.
Буксование фрикциона в рассмотренных случаях уменьшает вероятность остановки двигателя. Действительно, если фрикцион пробуксовывает, то уменьшение оборотов ведущих колес не вызовет резкого снижения оборотов двигателя. В данном случае обороты двигателя будут уменьшаться постепенно. При этом чем больше маховик, тем медленнее будут снижаться обороты двигателя, тем меньше вероятность его остановки.
Таким образом, фрикцион предохраняет передаточные механизмы танка от поломок и препятствует остановке двигателя при резком уменьшении скорости танка.
Заметим, что механизм, предохраняющий агрегаты танка от поломок при резком изменении скорости его движения, обязателен при любом устройстве трансмиссии.
РАБОТА ФРИКЦИОНА ПРИ ТРОГАНИИ ТАНКА С МЕСТА
Резкая остановка танка и трогание с места имеют много общего: в обоих случаях коленчатый вал работающего двигателя оказывается соединенным с неподвижными ведущими колесами танка. Разница заключается лишь в том, что при внезапной остановке танка двигатель вообще не может провернуть ведущие колеса, а при трогании с места он не может сделать это сразу, так как по инерции танк стремится остаться на месте.
Перед троганием с места механик-водитель выключает фрикцион и включает передачу, после чего плавно включает фрикцион. Ведомая часть фрикциона, связанная с ведущими колесами танка, сначала остается неподвижной, в то время как ведущая часть, связанная с коленчатым валом двигателя, вращается. Ввиду этого в первый момент включения фрикцион будет полностью буксовать. Постепенно ведомая часть, увлекаемая ведущей, начнет вращаться, и танк плавно тронется с места. По мере того как обороты ведомой части увеличиваются, танк набирает скорость, и пробуксовка фрикциона уменьшается. Наконец, когда число оборотов ведущей и ведомой частей сравняется, пробуксовка фрикциона прекратится.
Пробуксовка фрикциона длится 1—2 секунды. Чем дольше он буксует, тем плавнее танк трогается с места. Можно продлить пробуксовку искусственно, включая фрикцион медленно. Но во время пробуксовки часть мощности двигателя тратится на трение между дисками. В результате диски нагреваются, и износ их ускоряется, особенно, если они обшиты фрикционными накладками. Длительная пробуксовка приводит к тому, что накладки «горят», стальные диски коробятся и фрикцион выходит из строя.
Во избежание порчи фрикциона его следует включать быстро, но плавно.
Таким образом, главный фрикцион, помимо своего основного назначения — обеспечивать безударное переключение передач, предохраняет механизмы от поломки и позволяет танку плавно трогаться с места. Кроме того, фрикцион дает возможность отключать двигатель танка от коробки передач на очень коротких остановках и при преодолении некоторых препятствий, резко снижающих скорость движения танка, а также при пуске двигателя, чтобы не тратить мощность стартера на прокручивание валов и шестерен коробки.
МЕХАНИЗМ ВЫКЛЮЧЕНИЯ И ПРИВОД УПРАВЛЕНИЯ ФРИКЦИОНОМ
Чтобы выключить фрикцион, надо отвести нажимной диск от дисков трения (см. рис. 91, глава III). Тогда нажатие пружин на диски трения прекратится, сила трения исчезнет, и ведомая часть сможет остановиться. Нажимной диск надо отвести на такое расстояние, чтобы между каждой парой поверхностей трения ведущих и ведомых дисков образовался зазор примерно 0,2—0,25 мм для стальных дисков и до 0,5 мм для дисков с обшивкой.
Достаточный зазор между дисками обеспечивает «чистоту» в ы-ключения фрикциона, т. е. полное разобщение его ведущих и ведомых деталей.
Сила пружин включенного фрикциона составляет обычно 500— 1000 кг в зависимости от конструкции фрикциона. Когда отводится нажимной диск, пружины сжимаются дополнительно. Следовательно, чтобы 408
выключить фрикцион, требуется сила, несколько большая, чем указана выше.
Фрикцион выключают педалью. Но сила, которую следует прилагать к педали, не должна быть больше 20—25 кг, иначе управлять танком будет трудно. Следовательно, чтобы сжать пружины фрикциона, между педалью и нажимным диском требуется ввести механизм, позволяющий прикладывать к педали силу, в 25—50 раз меньшую, чем сила, действующая на нажимной диск. Это можно сделать только при большом передаточном числе привода; но тогда потребуется и большой ход педали. Так, если нажимной диск отходит при выключении фрикциона на 5 мм, то при передаточном числе 25—50 потребуется ход педали 125—250 мм (не считая хода на выбор зазоров в соединениях тяг). Ход педали редко делают больше 200 мм, так как при большем ходе управлять педалью неудобно.
Нужный выигрыш в силе обеспечивается устройством механизма выключения и привода к нему.
К приводу относится педаль, а также рычаги и тяги, соединяющие ее с механизмом выключения. Кроме рычагов привода, обеспечивающих выигрыш в силе, в самом механизме выключения для увеличения силы имеется рычажное устройство или наклонная плоскость.
В рычажном механизме выключения выключающая муфта действует на длинные плечи рычагов, а их короткие плечи оттягивают нажимной диск (см. рис. 94, глава III). Выигрыш в силе, полученный при помощи механизма выключения, достигается небольшой, примерно в 3 раза, поэтому при наличии сильных пружин нужно вводить длинные рычаги в привод.
Лучшие результаты дает механизм выключения с наклонными плоскостями. Механизм с наклонными плоскостями состоит из двух кулачковых или шариковых чашек выключения: подвижной и неподвижной (см. рис. 91, глава III). Подвижная чашка через шарикоподшипник соединена с отжимным диском, а неподвижная закреплена на картере двигателя.
Чем меньше угол наклонной плоскости, тем больше получается выигрыш в силе; если угол наклона составляет 10—12°, то сила увеличивается в 6 раз. Однако при уменьшении наклона увеличивается трение между кулачками или шариками и «слезками».
Кроме механического привода, рассмотренного нами, в некоторых танках применялся гидравлический привод.
Схема гидравлического привода показана на рис. 419. Здесь педаль главного фрикциона связана с малым поршнем, который может
Рис. 419. Схема гидравлическою привода выключения главного фрикциона
двигаться в цилиндре, заполненном маслом. Этот цилиндр трубкой связан со вторым цилиндром, поршень которого значительно больше первого. Второй поршень воздействует на механизм выключения.
Нажимая на педаль, механик-водитель передвигает малый поршень, который гонит масло во второй цилиндр. Давление масла в обоих цилиндрах будет одинаково. Но так как площадь второго поршня, на которую действует это давление, больше, то и сила, приложенная к этому поршню, будет во столько же раз больше. Так, если сила, действующая на малый поршень, равна 20 кг, а площадь его днища в 50 раз меньше площади днища большого поршня, то на второй поршень будет действовать сила 1000 кг.
Сервопружина удерживает педаль в заднем положении
Мертвая точка
Растяжение сервопружины наибольшее
Рис. 420. Схема работы механического сервоустройства выключения главного фрикциона
Гидравлический привод позволяет, таким образом, получить большой выигрыш в силе без рычагов и наклонных плоскостей. Однако нетрудно убедиться, что и здесь выигрыш в силе получается ценой проигрыша в длине хода выключения. В нашем примере путь, который пройдет большой поршень, будет в 50 раз меньше пути, пройденного малым поршнем. Следовательно, практически величина возможного выигрыша в силе ограничивается, как и для механического привода, ходом педали.
УСТРОЙСТВА, ОБЛЕГЧАЮЩИЕ ВЫКЛЮЧЕНИЕ ФРИКЦИОНА
Выключать фрикцион приходится очень часто. За 1 час движения по местности с подъемами до 1,5° механик-водитель переключает передачу 20—60 раз. Так как сила на педали достигает 20—25 кг, то управление фрикционом довольно сильно утомляет механика-водителя. Поэтому на некоторых танках применяют специальные устройства, облегчающие выключение фрикциона, так называемые сервоустройства. При их помощи мускульная сила механика-водителя частично заменяется силой пружин фрикциона или силой, создаваемой за счет энергии двигателя танка. Последняя расходуется: на создание давления воздуха — при пневматическом сервоприводе или давления масла — при гидравлическом сервоприводе. Иногда для облегчения выключения фрикциона используют разрежение во впускной трубе двигателя (сервоустройство вакуумного типа).
На рис. 420 показано, как используется для облегчения выключения фрикциона энергия пружин в механическом сервоустройстве. Педаль главного фрикциона через рычаг связана с предварительно растянутой разгружающей пружиной (сервопружиной).
В положении Л, когда фрикцион включен, сервопружина помогает возвратной пружине удерживать педаль в заднем положении. Как видно из рисунка, сила натяжения пружины вместе с силой сопротивления на оси педали создают пару сил, препятствующую движению педали вперед.
При нажатии на педаль механик-водитель дополнительно растягивает сервопружину, пока педаль не дойдет до мертвой точки, в которой плечо пары сил равно нулю (положение Б). После этого сервопружина начинает сжиматься, причем создаваемая в этом случае пара сил стремится повернуть педаль вперед — сервопружина помогает выключению фрикциона (положение В).
При следующем включении фрикциона его пружины, разжимаясь,-возвращают педаль в заднее положение и растягивают сервопружину, причем возвратная пружина переводит педаль через мертвую точку.
Описанное устройство очень простое, но оно сравнительно мало облегчает работу механика-водителя, так как действие сервопружины должно быть намного слабее действия пружин фрикциона. В противном случае фрикцион не сможет включаться под действием своих пружин, так как их силы не хватит, чтобы преодолеть силу сервопружины.
На рис. 421 показана схема пневматического сервоустройства. Компрессор, приводимый в действие двигателем танка, сжимает и накачивает воздух в баллон высокого давления. Нажимая на педаль, механик-водитель поворачивает распределительный кран и сообщает рабочий цилиндр с баллоном. Воздух давит на поршень и передвигает его, преодолевая давление пружин фрикциона. Фрикцион выключается (рис. 421,
Фрикцион выключен
|| 3 ч| Рабочий цилиндр
Баллон высокого давления
Воздушный компрессор
Фрикцион включен
Редукционный клапан
Рис. 421. Схема пневматического сервоустройства для выключения главного фрикциона
Распределительный кран
вверху). Если отпустить педаль, кран соединит рабочий цилиндр с атмосферой, воздух перестанет давить на поршень, и пружины, разжимаясь, включат фрикцион (рис. 421, внизу).
Так как в данном случае, нажимая на педаль, механик-водитель затрачивает силу только для того, чтобы открыть распределительный кран, то для выключения фрикциона требуется ничтожная сила.
БЕСПРУЖИННЫЕ ФРИКЦИОНЫ
Давление воздуха или масла может быть использовано не только для выключения, но и для включения фрикциона. В этом случае фрикцион будет без пружин.
Устройство гидравлического (масляного) механизма включения бес-пружинного фрикциона показано на рис. 422. От масляного насоса, приводимого во вращение двигателем, масло поступает к распределительному крану и далее к цилиндру. Находящийся в цилиндре поршень связан штоком с нажимной муфтой фрикциона. Давление, созданное насосом, передается через поршень и нажимную муфту дискам фрикциона (рис. 422, вверху).
Нажимая на педаль, механик-водитель поворачивает распределительный кран, и масло из цилиндра возвращается в бак. Слабая пружина, установленная в цилиндре, толкает поршень в обратную сторону и отводит нажимную муфту, выключая фрикцион (рис. 422, внизу).
Постоянное давление в системе поддерживается редукционным клапаном. При возрастании давления клапан открывается и перепускает часть масла или все масло из насоса в бак.
Фрикцион такого типа не требует регулировки (см. ниже). Давление на поршень всегда одинаково; оно поддерживается редукционным клапаном, следовательно, всегда обеспечено полное включение фрикциона.
Рис. 422. Схема гидравлического привода включения беспружинного фрикциона
РЕГУЛИРОВКА ФРИКЦИОНА
Чтобы ведущие и ведомые диски фрикциона могли быть полностью сжаты, нажимной диск должен перемещаться под действием пружин, не встречая препятствий. Если на пути нажимного диска окажется какой-нибудь упор, который не даст ему двигаться, сила пружин будет частично или полностью передаваться на этот упор, а не на диски (рис. 423, вверху). Диски в этом случае не будут сжаты, и фрикцион не сможет полностью передавать крутящий момент двигателя. Танк будет плохо «тянуть». Так как фрикцион в этом случае непрерывно пробуксовывает, диски будут нагреваться, фрикционные накладки могут «сгореть».
Упоры, которые могут помешать нажимному диску свободно перемещаться, встречаются почти во всяком фрикционе. Не обязательно, чтобы они удерживали непосредственно нажимной диск; удержать его и помешать пружинам сжать рабочие диски может какая-либо из деталей
механизма выключения или привода.
На рис. 423 показан упорный болт, который не дает педали отходить слишком далеко назад. Если ввертывать этот болт, он будет нажимать на педаль и подаст ее вперед. Педаль через тяги и рычаги привода и механизма выключения отведет нажимной диск вправо так, что между ним и ведомым диском образуется зазор. Диск не будет зажат и сила пружин передастся на упорный болт, как и показано на рис. 423, вверху. В данном случае болт оказывается упором, мешающим нажимному диску свободно перемещаться.
Если болт вывернуть (рис. 423, внизу), пружины фрикциона переместят нажимной диск влево, сожмут диски, и фрикцион включится. В этом случае между деталями механизма выключения образуются зазоры.
Фрикцион с шариковым механизмом выключения (см. рис. 91, глава III) не включается полностью, когда подвижная чашка через шарики или кулачки упирается в неподвижную. Тогда сила пружин передается на неподвижное кольцо. Если расстояние между чашками достаточное, а между шариком и чашкой есть зазор, нажимной диск перемещается свободно, и фрикцион включается полностью.
Чтобы проверить, не ограничивается ли ход нажимного диска, надо взяться рукой за рычаг подвижной чашки и слегка покачать ее. Рычаг должен перемещаться на некоторое
нормально
Рис. 423. Регулировка главного фрикциона
расстояние свободно, почти без всякого усилия, или, как говорят, иметь свободный ход. Наличие свободного хода показывает, что в механизме выключения есть зазоры и, следовательно, диски полностью сжаты. Это правило действительно для любого фрикциона с пружинами, какой бы механизм выключения он ни имел.
Правильно отрегулированный фрикцион должен иметь свободный ход педали, обеспечивающий работу фрикциона на достаточное время. Дело в том, что по мере износа дисков их толщина уменьшается, нажимной диск под действием пружин сдвигается в сторону маховика и зазоры уменьшаются; поэтому свободный ход педали становится меньше. Когда свободный ход исчезнет полностью, включенный фрикцион начнет буксовать. Чем меньше свободный ход, установленный при регулировке, тем быстрее он исчезает в результате износа дисков трения и тем скорее приходится снова регулировать фрикцион.
Свободный ход должен быть не меньше того, который указан в наставлении для данного танка. Но он не должен быть и слишком велик. Ведь, кроме свободного хода педали, во время которого выбирают все зазоры в приводе и в механизме выключения, нужен рабочий ход, при котором отводится нажимной диск, чтобы фрикцион полностью выключился. Поэтому полный ход педали равен сумме свободного хода и рабочего хода.
Величину рабочего хода уменьшать нельзя. Если он будет мал, фрикцион полностью не выключится, так как нажимной диск недостаточно отойдет от дисков трения. Значит, если увеличить свободный ход педали, надо увеличить и полный ход ее. Однако при большом ходе педали выключать фрикцион становится неудобно.
Отсюда следует и другой вывод: недостаточно отрегулировать свободный ход педали, обеспечив полное включение фрикциона; регулировать необходимо также и полный ход. Только в этом случае обеспечивается полное выключение фрикциона.
Свободный и полный ход педали в разных фрикционах регулируются по-разному. Неодинакова и величина этих ходов. Но суть регулировок всегда одна и та же. При регулировке фрикционов с рычажным механизмом выключения добавляется требование, чтобы муфта выключения нажимала на все рычаги выключения одновременно. Иначе нажимной диск перекосится, и нормальная работа фрикциона нарушится.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ
Главный фрикцион ослабляет удары зубьев шестерен во время переключения передач, но полностью не предотвращает их. Чтобы избежать удара, нужно полностью уравнять окружные скорости зубьев включаемых шестерен. Фрикцион дает возможность только приблизительно уравнять окружные скорости и, следовательно, полностью не предохраняет зубья шестерен от ударов и разрушения.
Для предохранения шестерен от поломки можно применить один из следующих способов: ослабить силу удара зубьев или ввести специальные устройства, которые выравнивали бы окружные скорости зубьев при переключении.
ПОСТОЯННОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ШЕСТЕРЕН
С целью уменьшить силу удара зубьев делают коробки передач с постоянным зацеплением шестерен.
На рис. 424 показана часть коробки передач с постоянным зацеплением шестерен. В отличие от коробки с подвижными каретками, шестерни ведущего вала этой коробки не соединены с ним шлицами, а свободно вращаются на подшипниках, и потому число их оборотов может отличаться от числа оборотов ведущего вала. Между каждыми двумя такими шестернями на шлицах вала установлена зубчатая или кулачковая муфта, заменяющая каретку в обычной коробке. Каждая из шестерен ведущего вала постоянно сцеплена с одной из шестерен ведомого вала независимо от того, включена передача или нет.
Когда муфта находится в нейтральном положении, как это показано на рис. 424, ведущий вал может вращаться, но шестерни ведущего, а значит, и ведомого вала будут неподвижны. Чтобы включить передачу, надо передвинуть муфту вправо или влево. Тогда кулачки муфты войдут в зацепление с кулачками на ступице шестерни и крутящий момент будет передаваться от ведущего вала через муфту на ведущую шестерню, а с нее — на ведомую.
Допустим, что в коробке включена третья передача — муфта сдвинута влево, а по условиям движения необходимо перейти на четвертую передачу. Шестерня четвертой передачи на ведущем валу вращается и при включенной третьей передаче; ее вращает шестерня ведомого вала, причем нетрудно убедиться, что она вращается медленнее, чем ведущий вал и связанная с ним муфта.
Так как окружные скорости кулачков на муфте и ступице шестерни в момент включения четвертой передачи неодинаковы, произойдет удар между кулачками. Но сила удара будет воспринята не одним зубом, как это бывает при включении каретки, а несколькими кулачками муфты. Кроме того, износ кулачков не так сильно отражается на работе коробки, как износ зубьев. Объясняется это тем, что кулачки работают только в момент включения и выключения передач, а зубья шестерен работают
все время.
При постоянном зацеплении можно заменить шестерни с прямыми зубьями шестерня-ми с косыми (наклонными) зубьями. Эти шестерни работают более плавно, бесшумно и меньше изнашиваются. Кроме того, их зубья длиннее и поэтому прочнее.
Устройство коробки передач с постоянным зацеплением шестерен сложнее, так как, помимо шестерен, в ней имеются муфты и значительно большее количество подшипников. Поэтому во многих коробках постоянное зацепление шестерен осуществляют только для высших передач. Шестерни низших передач, которые включаются значительно реже, делают подвижными.
Рис. 424. Передачи с постоянным зацеплением шестерен
УРАВНИТЕЛИ СКОРОСТЕЙ (СИНХРОНИЗАТОРЫ)
Постоянное зацепление шестерен ослабляет удар зубьев шестерен при переключении, но не исключает его. Чтобы полностью устранить удар, надо, как уже указывалось, иметь устройства для выравнивания окружных скоростей зубьев. Такие устройства называют уравнителями скоростей или синхронизаторами.
Синхронизаторы (рис. 425) ставятся в коробках передач с постоянным зацеплением шестерен. В отличие от коробки, часть которой показана на рис. 424, коробка с синхронизаторами имеет две муфты — кулачковую и фрикционную (конусную), как показано на рис. 425. На конусной муфте внутри и снаружи сделаны шлицы. Внутренними шлицами конусная муфта соединяется с валом коробки. На наружных шлицах конусной муфты установлена кулачковая муфта. Она всегда вращается вместе с конусной муфтой, но может передвигаться по ее шлицам, как обычная каретка на валу. Кулачковая муфта удерживается на конусной несколькими шариковыми фиксаторами. В конусной муфте сделаны с обеих сторон две выточки в виде внутренних конусов. Эти конусы могут надвигаться на наружные конусы левой и правой шестерен. Кулачки кулачковой муфты могут входить в зацепление с кулачками на ступицах шестерен.
Рассмотрим работу синхронизатора, показанного на рис. 425.
При переходе с одной передачи на другую муфта передвигается, допустим, влево (рис. 426). Сначала обе муфты, связанные фиксаторами, движутся вместе, пока конусная поверхность внутренней муфты не прижмется к конусу на ступице шестерни (рис. 426, слева). Между конусами возникает трение, вследствие чего скорости вращения шестерни и муфты будут выравниваться. Как видно из рисунка, конусная муфта передвигаться дальше влево не может, так как конусы плотно прижаты один к другому. Кулачковая же муфта, увлекаемая вилкой переключения, пойдет дальше, при этом шарики фиксаторов будут утоплены в гнезда. Кулачки муфты войдут в зацепление с кулачками на ступице шестерни (рис. 426, справа), и передача включится. Так как окружные
Рис. 425. Уравнитель (синхронизатор)
Конусная муфта включена Кулачковая муфта
Рис. 426. Работа синхронизатора
скорости зубьев муфты и шестерни уравнены, включение произойдет без удара. Мощность будет передаваться с вала конусной муфте, через ее шлицы — кулачковой муфте, а от муфты — шестерне.
Некоторые синхронизаторы этого типа устроены так, что кулачковая муфта не может быть передвинута до тех пор, пока скорости муфты и шестерни не уравняются полностью.
ИЗБИРАТЕЛЬ (СЕЛЕКТОР)
На некоторых танках применялся механизм, значительно облегчающий управление коробкой передач, так называемый избиратель или селектор. Селектор позволяет подготовить коробку передач к пере* ходу на следующую передачу, когда еще не выключена предыдущая. Переключение передач разбивается на две операции — предварительную и основную. На основную операцию требуется значительно меньше времени, чем при переключении без избирателя. Это позволяет быстрее переходить с одной передачи на другую. Поэтому скорость танка за время переключения снижается значительно меньше, чем при переключении обычной коробки передач; это уменьшает вероятность остановки двигателя.
На рис. 427 показана принципиальная схема избирателя на три передачи. Его основные детали — валик переключения, кулачковый валик и клавиши.
Валик переключения имеет продольную канавку, куда могут входить нижние концы клавишей. На верхний конец клавиша через рычажок действует выключающая пружина. Рычажок, таким образом, одним концом связан с клавишем, а другим с переводным валиком соответствующей передачи коробки передач. На каждом клавише есть прижимающая пружина, которая дает возможность кулачку повернуться, когда клавиш не перемещается, и отжимная пружина, выводящая клавиш из продольной канавки валика переключения при его повороте.
Валик переключения связан тягами с педалью главного фрикциона. После выключения фрикциона валик поворачивается, давая возможность клавишам выходить из его продольной канавки или входить в нее. Перед включением фрикциона валик возвращается в прежнее положение, толкая вверх клавиш, находящийся в его канавке. Таким образом включается передача.
Рассмотрим подробнее, как происходит переключение передач.
Перепойной 6 валин неробки переоачр^^ Рычаг избирателя (селектора)
Отжимная пружина Клевали главного ршщшна
выключающая пружина
Рычажок
Рис. 427. Схема избирателя (показано положение деталей при включенной передаче)
Кула
Клавиш
Кулачковый, валик
Прижимающая пружина
Валик переключения
Допустим, что танк движется на второй передаче; на рис. 428 видно, что клавиш второй передачи приподнят.
Заранее заметив препятствие, которое танк сможет преодолеть только на первой передаче, механик-водитель рычагом избирателя переводит кулачковый валик из положения 2 в положение 1 (предварительная one рация); при этом выступ кулачка 2 отойдет в сторону от клавиша 2
к валику переключения
Рис. 428. Работа избирателя (выбор передачи)
Рис. 429. Работа избирателя (переключение)
(рис. 428), а кулачок /, сжав прижимающую пружину, прижмет клавиш 1 к валику переключения.
Пока в коробке ничего не изменилось, танк продолжает двигаться на второй передаче. Перед самым препятствием механик-водитель нажимает на педаль главного фрикциона; при выключении фрикциона поворачивается связанный с педалью валик переключения (рис. 429). Клавиш 2 под действием отжимной пружины выходит из продольной канавки валика переключения. В то же время выключающая пружина при помощи рычажка передвигает вверх переводной валик коробки, и вторая передача выключается. Одновременно в канавку валика переключения под воздействием сжатой кулачком прижимающей пружины входит клавиш 1,
Когда механик-водитель отпустит педаль фрикциона, валик переключения повернется и займет прежнее положение. Клавиш 1 поднимется и, сжимая выключающую пружину, переместит рычажок, а с ним и переводной валик, который включит первую передачу. Тем же способом можно перейти со второй передачи на третью и т. д. Если рычаг избирателя повернут в положение //, ни один из трех клавишей не войдет в канавку валика, это будет нейтральное положение.
Таким образом, основная операция происходит одновременно с выключением и последующим включением фрикциона. На переключение требуется лишь столько времени, сколько нужно для того, чтобы нажать на педаль фрикциона и отпустить ее. Разумеется, привод к фрикциону должен быть устроен так, чтобы включение фрикциона происходило лишь после включения передачи.
Применить избиратель возможно для коробки с постоянным зацеплением шестерен и синхронизаторами.
Избиратель может быть совмещен с сервоустройством. Если для переключения передач применяется сервоустройство, например гидравлическое, можно сделать так, что при передвижении рычажка избирателя впускные клапаны рабочих цилиндров гидропривода откроются, но масло в них еще не поступит; поэтому переключение не произойдет, пока не будет нажата педаль главного фрикциона. После того как механик-водитель, нажав на педаль, выключит главный фрикцион, распределительный кран соединит масляный насос с рабочими цилиндрами, в них поступит масло, и произойдет переключение.
Сервопривод позволяет управлять не только коробкой, но и главным фрикционом при помощи одного и того же рычажка переключения передач. В этом случае переключение может производиться как с предварительным выбором передачи, так и без него. Такое управление коробкой называется полуавтоматическим.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ПЕРЕДАЧ
Усложнение устройства коробки передач направлено на упрощение и облегчение управления коробкой. Внимание, которое уделяют конструкторы этой задаче, как и вообще облегчению управления танком, объясняется ее значением как для повышения средней скорости танка, так и для улучшения условий работы механика-водителя.
Чем проще и легче управлять танком, тем чаще механик-водитель будет переключать передачи, когда этого требуют условия движения, и тем полнее будет использована мощность двигателя, что позволит повысить среднюю скорость движения. Наоборот, если управлять танком тяжело, механик-водитель будет избегать переключения передач даже в том случае, когда это необходимо.
Применение избирателя, сводя основную операцию переключения к простому воздействию на педаль фрикциона, значительно облегчает управление танком. Следующий шаг на пути к облегчению управления — это переход к автоматическому переключению передач.
Автоматические устройства для переключения передач обычно довольно сложны. Поясним лишь сущность их работы по весьма упрощенной схеме (рис. 430). Передачи в этой схеме переключаются при помощи давления масла, которое масляный насос подает в рабочие цилиндры через золотниковые коробки.
Поршеньки (золотники) этих коробок связаны с центробежными регуляторами, установленными на ведомом валу коробки передач. При передвижении золотника открывается или закрывается доступ масла в рабочие цилиндры.
Допустим, что танк движется на первой передаче, на которой мощность передается через шестерни 1—2 и 5—6. Пусть сопротивление движению уменьшилось: танк перешел с подъема на горизонтальный участок пути. Вследствие этого скорость танка начинает увеличиваться, возрастает при этом и число оборотов ведомого вала коробки. Грузы обоих показанных на схеме регуляторов под действием центробежной силы расходятся, сжимая пружины золотников; так как пружины обоих золотников одинаковы, то сильнее будут расходиться более тяжелые грузы регулятора второй передачи. При определенной скорости, наибольшей для первой передачи, они передвинут золотник второй передачи, открыв доступ маслу из насоса в рабочий цилиндр этой передачи. Действуя на поршень, масло передвинет каретку передаточного вала. Шестерни 1 и 2 выключатся, а шестерни 3 и 4 войдут в зацепление; включится вторая
^Золотник третьей передачи
Ведомый вал
Масляный насос
Рабочий цилиндр третьей передачи
Регулятор второй передачи
(Д0
Залогиним второй передачи I I
Масляный f ---------- & &
дан
Рабочий цилиндр/ второй передачи
передача
Рис. 430. Принципиальная схема автоматической коробки передач
Ведущий вал
Первая передача^
Регулятор третьей^ передачи
Передаточный вал t
'Редукци-. онный клапан
I г
передача. Путь масла в рабочий цилиндр и положение деталей механизма переключения для этого случая показаны на схеме пунктиром.
Если сопротивление уменьшится еще более и танк достигнет высшей скорости на второй передаче, более легкие 'грузы второго регулятора также разойдутся настолько, что передвинут свой золотник. Масло пойдет в рабочий цилиндр третьей передачи, каретка 6 передвинется и выйдет из зацепления с шестерней 5; одновременно кулачки шестерен войдут в зацепление с кулачками на шестерне 3. Вторая передача таким образом выключится, а третья (прямая)* включится.
Допустим теперь, что на третьей передаче сопротивление движению танка увеличивается. Скорость танка и число оборотов ведомого вала коробки понизятся. Вследствие этого центробежная сила уменьшится, и легкие грузы регулятора третьей передачи сойдутся. Золотник третьей передачи передвинется в обратную сторону, и поступление масла из насоса в рабочий цилиндр этой передачи прекратится. Одновременно рабочий цилиндр через золотниковую коробку соединится с баком. Выключающая пружина, разжимаясь, передвинет поршень (масло перетечет в бак) и включит низшую, вторую передачу.
Дальнейшее увеличение сопротивления и уменьшение скорости приведут к тому, что сойдутся грузы регулятора второй передачи и включится первая передача.
Таким образом, передачи переключаются автоматически, без участия механика-водителя, в зависимости от сопротивления движению; при этом танк всегда движется на самой высшей передаче, какую только допускает сопротивление движению.
Механизм автоматического переключения требует ряда дополнительных устройств, не показанных на схеме, из которых упомянем о следующих.
Прежде всего, необходимо автоматическое устройство, выключающее и включающее главный фрикцион при переключении передач. Как будет видно из дальнейшего, для планетарной коробки передач такое устройство не требуется, что позволяет упростить механизм автоматического
переключения; поэтому автоматическое переключение чаще применяют для планетарных коробок. Но и в обычной коробке передач с главным фрикционом может быть применено автоматическое переключение. Так. рассмотренный выше главный фрикцион, который включается давлением масла (см. рис. 422), может быть применен и здесь; тогда подача масла в его рабочий цилиндр будет включаться и выключаться автоматически.
Допустим далее, что по условиям движения, например на марше в колонне, танк не может идти с большой скоростью, хотя сопротивление и позволяет двигаться на высшей передаче. Тогда механик-водитель уменьшает подачу горючего. В силу этого скорость танка уменьшается, и автомат включает низшую передачу, хотя в этом нет необходимости. Чтобы этого не произошло, ставят дополнительное устройство, не допускающее перехода на низшую передачу при уменьшенной подаче горючего, пока скорость танка не достигнет определенной величины. Например, если на полной подаче горючего переход с третьей передачи на вторую происходит в тот момент, когда скорость танка снизится до 20 км/час, то на малой подаче танк будет продолжать движение на третьей передаче, пока скорость не уменьшится до 15 км/час. Упомянутое устройство управляется приводом к дроссельной заслонке или рейке топливного насоса (педалью подачи горючего).
Наконец, при движении танка на крутом спуске будут автоматически включаться одна за другой высшие передачи, т. е. танк будет разгоняться, что недопустимо; поэтому в механизме переключения необходимо иметь еще одно дополнительное устройство, которое позволяло бы в подобных случаях выключать автомат.
ПЛАНЕТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Планетарные передачи применяются в коробках передач, механизмах поворота танка, бортовых передачах и в других механизмах (стартер, механизм поворота башни и др.).
Передача названа планетарной потому, что она имеет некоторое сходство с солнечной системой. В солнечной системе вокруг солнца обращаются его спутники — планеты. Каждая планета в то же время вращается вокруг своей оси. В планетарной передаче вокруг центральной солнечной шестерни обращаются шестерни — спутники, сателлиты (рис. 431). Каждый сателлит вращается на оси, закрепленной в детали, называемой коробкой сателлитов или водилом. Все сателлиты находятся в зацеплении с солнечной шестерней и с зубчатым
Сателлит
Солнечная шестерня
Зубчатый венец
Норобка сателлитов (водило)
Рис. 431. Планетарная передача внутреннего зацепления
венцом, на котором сделаны внутренние зубья.
Планетарная передача, имеющая зубчатый венец, называется планетарной передачей внутреннего зацепления.
Рассмотрим работу планетарной передачи внутреннего зацепления.
Закрепим зубчатый венец неподвижно (рис. 432) и будем вращать солнеч-нуюшестерню. Чтобы ясно
Зубчатый венец
Венец неподвижен Солнечная шестерня и водило вращаются в одну сторону
Сателлит
Солнечная шестерня
Водило
Рис. 432. Работа планетарной передачи внутреннего зацепления при заторможенном и расторможенном венце
Двуплечий рычаг
Венец освобожден Водило закреплено, солнечная шестерня и венец вращаются в разные стороны
представить себе, что при этом происходит, предположим, что сателлит заменен двуплечим рычагом. Средней частью этот рычаг свободно посажен на ось сателлита, а заостренными концами входит между зубьями солнечной шестерни и венца. Повернувшись на небольшой угол, солнечная шестерня передвинет верхний конец двуплечего рычага; нижний конец его, удерживаемый неподвижным венцом, останется на месте; поэтому средняя часть двуплечего рычага переместится, но на меньшее расстояние, чем верхний конец. Средняя часть рычага — это ось сателлита, закрепленная в водиле. Значит, солнечная шестерня, вращаясь, заставляет водило поворачиваться в ту же сторону, причем скорость перемещения оси сателлита меньше скорости зуба солнечной шестерни.
Конечно, если повернуть солнечную шестерню дальше, рычаг выйдет из зацепления с зубьями, но поскольку в действительности у нас не рычаг, а шестерня (сателлит), при повороте в зацепление будут входить его новые зубья; каждая пара противоположно лежащих зубьев сателлита будет как бы представлять собой двуплечий рычаг. Таким образом, сателлит будет вращаться на оси, одновременно обегая внутри неподвижный венец, и через свою ось увлекать водило.
Пусть в нашей планетарной передаче солнечная шестерня является ведущей частью, а водило — ведомой; например, солнечная шестерня связана с коленчатым валом двигателя, а водило — с ведущими колесами неподвижного танка. Освободим (растормозим) зубчатый венец. Солнечной шестерне труднее провернуть водило, которое удерживается веду-, щими колесами танка, чем свободный венец; поэтому венец начнет вращаться, а водило останется на месте — средняя часть рычага неподвижна (рис. 432, справа). На сколько повернется один его конец, на столько же повернется и другой, но в обратную сторону. Итак, когда зубчатый венец освобожден, передача выключена, хотя все шестерни продолжают оставаться в зацеплении.
Чтобы включить передачу вновь, будем постепенно тормозить венец. В первый момент водило неподвижно. Затем оно начнет вращаться, причем, по мере того как скорость венца будет уменьшаться, скорость вращения водила будет увеличиваться. До тех пор, пока зубчатый венец не остановится, водило будет вращаться медленнее, чем при неподвижном венце: концы двуплечего рычага перемещаются в разные стороны, хотя и с неодинаковой скоростью. Следовательно, постепенно уменьшая скорость
Понижающие передачи
вращения венца, т. е тормозя его с возрастающей силой, можно постепенно увеличивать скорость водила.
Заметим, что можно закрепить не зубчатый венец, а солнечную шестерню (рис. 433). Если вращать венец, то будет вращаться и водило; в данном случае лишь меняются местами подвижный и неподвижный концы двуплечего рычага. Поскольку передвигается один конец рычага, а другой удерживается, середина рычага будет двигаться медленнее, чем конец, т. е. водило будет делать меньше оборотов, чем венец: передача будет понижать обороты (рис. 433, вверху).
Водило может быть не только ведомой, но
фшлведущая часть ^Ф&шВедомая часть ишт Заторможенная часть
_ „ и ведущей частью пере-
Рис. 433. Понижающие и повышающие планетарные "П г
передачи внутреннего зацепления Дачи. При ЭТОМ ведо-
мой частью станет солнечная шестерня (если закреплен венец) или венец (если закреплена солнечная шестерня). В этом случае мы как бы передвигаем двуплечий рычаг за середину, удерживая один из его концов. Второй конец рычага будет проходить больший путь, чем середина, значит, венец или солнечная шестерня будут вращаться быстрее, чем водило: передача будет повышать обороты (рис. 433, внизу).
Таким образом, можно получить четыре различные передачи с неодинаковыми передаточными числами в зависимости от того, как используются отдельные части планетарной передачи.
Существуют планетарные передачи и без зубчатого венца. Они называются планетарными передачами внешнего зацепления.
Такие передачи состоят из двух солнечных шестерен, установленных на разных валах, и парного сателлита (рис. 434). Одна из солнечных шестерен неподвижна; она называется тормозной. Другая, называемая ведущей, приводится во вращение. И в этом случае сателлиты будут обращаться вокруг солнечных шестерен и вращать водило.
В самом деле, солнечная шестерня вращает связанный с ней сателлит. Второй сателлит, сделанный заодно с первым, стремится повернуть тормозную шестерню. Но так как она закреплена неподвижно и повернуться не может, то саттелит обегает вокруг тормозной шестерни. Значит, его ось будет перемещаться и приводить водило во вращение.
Рассмотрим два случая работы такой передачи: когда тормозная шестерня меньше ведущей и когда она больше ее. Для упрощения предста-
Рис. 434. Планетарная передача внешнего зацепления
вим парный сателлит в виде двуплечего рычага, как мы уже делали выше.
В первом случае (рис. 434, Л) мы удерживаем один конец рычага. Сила, передвигающая рычаг, приложена в точке, лежащей между серединой рычага и этим концом; поэтому средняя часть рычага (ось сателлита) будет перемещаться в ту же сторону, что и ведущая шестерня.
Значит, если тормозная шестерня меньше ведущей, водило вращается в ту же сторону, что и ведущая шестерня.
Во втором случае (рис. 434, Б) мы перемещаем конец рычага, удерживая рычаг в некоторой точке, лежащей между этим концом и серединой (точка зацепления большой солнечной — тормозной — шестерни с малым сателлитом); поэтому средняя часть рычага (ось сателлита) будет перемещаться в противоположную сторону.
Значит, если тормозная шестерня больше ведущей, водило вращается в сторону, противоположную вращению ведущей шестерни.
Все планетарные передачи имеют одну общую особенность: одна из шестерен (солнечная или венец) может быть неподвижной, а оси сателлитов обязательно перемещаются. Этим и отличается планетарная передача от обычной шестеренчатой, где все шестерни вращаются, а оси их не перемещаются. Если закрепить водило, оси сателлитов перемещаться не будут. Но тогда на все время, пока водило будет неподвижно, планетарная передача превратится в обычную.
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Определим передаточное число планетарной передачи внутреннего зацепления, у которой ведущей частью является солнечная шестерня, ведомой — водило, а венец неподвижен.
Заменяя сателлит рычагом, мы видели, что один конец этого рычага закреплен, а другой передвигается солнечной шестерней. Очевидно, что за одно и то же время середина рычага проходит вдвое меньшее расстояние, чем его конец. Таким образом,
Рис. 435. К определению передаточного числа планетарной передачи внутреннего зацепления
дуга ab вдвое больше дуги cd (рис. 435); зуб сателлита всегда движется вдвое быстрее, чем ось сателлита.
За один оборот солнечной шестерни ее зуб пройдет путь, равный длине окружности солнечной шестерни. Длина этой окружности равна 2кгь где гх — радиус солнечной шестерни. Если солнечная шестерня делает п\ об/мин, путь, пройденный ее зубом за 1 минуту, будет 2т^г1П1, такой же путь пройдет зуб сателлита, так как его скорость в точке касания равна скорости зуба солнечной шестерни; вдвое меньший путь оси сателлита составит
2тсг1/11 _
2 — тсг^щ.
Ось сателлита закреплена в водиле. За один оборот водила она описывает окружность длиной 2тсгв, где гв— радиус водила. При по об/мин водила путь, пройденный осью сателлита за 1 минуту, будет 2тсгвп0.
Мы рассмотрели, таким образом, путь, проходимый осью сателлита вместе с сателлитом и вместе с водилом. Но это один и тот же путь: ось сателлита одна, она только связана с двумя разными деталями — с сателлитом и водилом; поэтому можно приравнять обе величины, написав
лг1п1 = 2тсГвп0|
или, сократив на л, получим
Г1Л, = 2гвп0, откуда
. _ _ 2гв
По Г1
Радиус водила равен полусумме радиусов солнечной шестерни и венца, в чем легко убедиться из чертежа. Поэтому 2гв = П + г2, а
или
Число зубьев венца всегда больше числа зубьев солнечной шестерни, т. е. отношение —всегда больше единицы.
Поэтому передаточное число планетарной передачи внутреннего зацепления с ведущей солнечной шестерней всегда больше двух, как бы мы ни изменяли число зубьев шестерен.
Когда ведущей частью является венец, а солнечная шестерня неподвижна, путь, проходимый зубом сателлита за один оборот венца, равен 2лг2, где г2— радиус венца. Ось сателлита пройдет, как и в предыдущем случае, вдвое меньший путь, т. е. тс/%, а за 1 минуту при п,\ оборотах венца лг2«ь
В то же время ось сателлита вместе с водилом пройдет путь, равный 2кгвп0. Приравнивая, как и раньше, эти две величины, найдем r2«i — 2 rBnQ, откуда
. 2гв
nQ Гч
Так как
2fg — Г] 4" 2»
i = ri±h = i + 2L
<2 Г2
или i = 1 + .
2ч
Отношение — не может быть равно нулю и не может быть больше единицы. ^2
Поэтому передаточное число планетарной передачи внутреннег озацеплени я при ведущем венце не может быть меньше 1 и больше 2.
Таким образом, когда в планетарной передаче внутреннего зацепления ведущей частью является венец, передаточные числа больше 1, но меньше 2, а когда ведет солнечная шестерня, они всегда больше 2. Этим объясняется, почему в разных случаях применяют разные передачи — либо с ведущим венцом, либо с ведущей солнечной шестерней.
Нетрудно заметить, что когда ведущей частью планетарной передачи внутреннего зацепления является водило, а ведомой солнечная шестерня, передаточное число всегда меньше V2. При ведущем водиле и ведомом венце передаточное число планетарной передачи внутреннего зацепления всегда больше 72, но меньше 1.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Допустим, что в шестеренчатой передаче нужно получить передаточное число i = 6. Возьмем простую пару шестерен с числом зубьев Zi = 12, z2 = 72 (рис. 436). Пусть диаметр одной шестерни dj = 60 мм. Тогда диаметр другой d2 = = 6*60 = 360 мм. Наибольший размер всей передачи равен 360 + 60 = 420 мм.
В планетарной передаче внутреннего зацепления для того же передаточного числа / = 6 при 21 = 12 число зубьев сателлита должно равняться 24, а число зубьев венца z2 — 60, так как z = 1—|-. 60 а г,
+ = 6. Если диаметр солнечной ше-
стерни d\ = 60 мм, то диаметр венца — наибольший размер всей передачи — равен = 5^1 = 300 мм, т. е. почти в 17'2 раза меньше, чем у обычной непланетарной передачи.
Таким образом, размеры планетарной передачи вну-
Ведущийвал z^12
Рис. 436. Сравнительные размеры простой передачи и планетарной передачи внутреннего зацепления при одном и том же передаточном числе
трен него зацепления получаются значительно меньше, чем размеры простой шестеренчатой передачи с тем же передаточным числом. Правда, это преимущество проявляется лишь при больших передаточных числах.
Планетарные передачи имеют еще следующие преимущества. Крутящий момент в них передается одновременно через несколько пар зубьев, соответственно числу имеющихся сателлитов, а не через одну пару зубьев, как в обычной передаче; это позволяет уменьшить размеры зубьев шестерен, а значит, и сами шестерни или обеспечить большую их прочность. Для танковых передач, работающих с большими нагрузками, это особенно важно.
Ведущий и ведомый валы планетарной передачи расположены соосно, т. е. на одной прямой, что также является преимуществом планетарной передачи, так как дает возможность сделать механизм меньше, компактнее.
Благодаря этим и некоторым другим достоинствам планетарные передачи нашли широкое применение в танках, хотя по устройству они и сложнее обычных. Как мы увидим ниже, планетарная коробка передач имеет еще некоторые преимущества по сравнению с обычной шестеренчатой коробкой передач.
ПЛАНЕТАРНАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ
Планетарная коробка передач состоит из нескольких планетарных передач. Размеры шестерен в этих передачах неодинаковы, поэтому коробка имеет несколько передаточных чисел. Включение и выключение передач планетарных коробок осуществляются тормозами, воздействующими на зубчатые венцы или солнечные шестерни коробки.
В коробке (рис. 437) с двумя передачами для движения вперед и задним ходом ведущим является вал солнечных шестерен, а ведомым —
Первая передача
Вторая передача
Тормозная шестерне
Тормоз заднего хода
Задний ход
Ведомый вал
Водил
Сателлит
V Водило
Рис. 437. Планетарная коробка передач
Солнечна шестерня
Тормоз первой передачи Тормозная шестерня (венец) Сателлит
Тормоз
Ведущий вал
Водило
Тормозная шестерне
- Солнечная шестерня]
Сателлит
Солнечная шестерня
сателлиты
солнечная шестерня
вал водила. При включенной первой передаче затянут тормоз первой пе редачи, т. е. заторможен венец первого ряда. На второй передаче затянут тормоз второй передачи. Передаточное число второй передачи меньше, чем первой, так как солнечная шестерня второго ряда имеет больше зубьев, чем солнечная шестерня первого ряда, а венец второго ряда — меньше, чем венец первого ряда.
Задний ход получается в передаче с внешним зацеплением, когда затянут тормоз заднего хода, связанный с крайней правой солнечной шестерней. Так как тормозная шестерня больше ведущей, водило будет вращаться в обратную сторону.
Планетарные коробки передач, как и обычные, могут быть сложными (комбинированными): крутящий момент в таких коробках на каждой ступени передается не через одну планетарную передачу (один ряд), а через несколько рядов.
Планетарная коробка передач принадлежит к числу коробок с постоя н н ы м зацеплением шестерен и имеет все преимущества этих коробок. Кроме того, она обеспечивает быстрый, плавный и бесшумный переход с одной передачи на другую без всяких дополнительных устройств. Для этого достаточно отпустить тормоз одной передачи и плавно затянуть тормоз другой. Как было показано, при постепенной остановке зубчатого венца скорость водила будет плавно изменяться — увеличиваться или уменьшаться. Когда венец остановится, т. е. когда тормоз будет затянут полностью, число оборотов водила станет постоянным. Так же плавно будет нарастать скорость водила по мере затяжки тормоза, когда танк трогается с места. Заметим, что до полной остановки венца тормоз пробуксовывает: происходит то же самое, что в главном фрикционе при трогании танка с места.
Если танк внезапно остановится, наехав на препятствие, сателлиты не смогут увлечь водило, связанное с неподвижными ведущими колесами. Продолжая вращаться, они приведут во вращение зубчатый венец, хотя тормоз и останется затянутым. Энергия маховика будет расходоваться на трение в тормозе так же, как она расходуется в главном фрикционе на трение между дисками. Следовательно, тормоз или фрикцион планетарной передачи предохраняет детали передаточных механизмов от поломки. Таким образом, при наличии планетарной коробки передач становится ненужным главный фрикцион. Его заменяют тормоза передач. Отпадает необходимость и в синхронизаторах.
Чтобы еще больше ускорить и упростить переключение передач, в планетарных коробках, как и в обычных, применяют избиратели, а также сервоустройства — пневматические, гидравлические и др.
БОРТОВАЯ ПЕРЕДАЧА
Каждой скорости движения танка соответствует определенное число оборотов ведущих колес. Установим, каким должно быть это число оборотов для разных скоростей.
За один оборот ведущее колесо перемотает столько звеньев гусеницы, сколько оно имеет зубьев, если в зацеплении участвуют все зубья подряд. Общая длина перемотанной части гусеницы при отсутствии буксования равна пути, пройденному танком за один оборот ведущего колеса. При длине одного звена I м и числе зубьев веду-
с / Q lz
щего колеса z этот путь равен oj = lz м или di == км.
Если ведущее колесо делает п об/мин, то путь, пройденный танком за час, т. е. его скорость, будет в 60 п раз больше пути, пройденного за один оборот ведущего колеса. Следовательно,
60/гп
v = bOrtSi = nw
или
v — 0,06 Izn.
(6)
Предположим, леса z=16. Тогда должно равняться
Пусть наибольшая скорость танка v = 50 км/час. Тогда 0,06 Izn = 50, откуда 50 " - 0,06/2 '
что длина (шаг) звена / = 0,21 м и число зубьев ведущего ко-число оборотов ведущего колеса при высшей скорости танка
” = 0,06-0,21-16 = 250 об!мин-
Танковый двигатель делает 2000—3500 об/мин. Следовательно, передаточное число между двигателем и ведущими колесами при наибольшей скорости, т. е. на высшей передаче, должно быть в пределах 8—14. Так,, при лд = 2000 об/мин
. ___ 2000 о
в 250 °*
На низшей передаче при диапазоне 10 ведущие колеса должны делать всего 25 об/мин. Для этого потребуется передаточное число в пределах 80—140; так, например, при /гд =2000 об/мин
/. = ^ = 80,
Осуществить такое передаточное число в коробке передач очень трудно. На низших передачах пришлось бы передавать крутящий момент через 4—5 пар шестерен. Коробка была бы крайне сложной, а ее размеры огромны. Между тем главное назначение коробки передач— изменять передаточные числа в определенном диапазоне. В этом отношении коробки с передаточными числами от 1 до 10 и от 8 до 80 равноценны, но первая будет во много раз проще и меньше. Поэтому увеличивать передаточные числа в определенное и неизменное число раз лучше при помощи самостоятельного механизма.
Пусть этот механизм, состоящий из одной или двух пар шестерен, расположенных вне коробки, имеет передаточное число, равное 8. Тогда для нашего примера передаточное число коробки на наибольшей скорости (высшей передаче) может остаться равным единице, а на низшей 10.
Если взять передаточное число механизма не 8, а 16, то передаточное число коробки на высшей передаче будет уже не 1, а 0,5 — передача станет повышающей, а общее передаточное число останется равным 8 (0,5- 16 = 8). Тогда на низшей передаче при том же диапазоне 10 передаточное число коробки также уменьшится вдвое (0,5- 10 = 5, вместо 10); размеры шестерен и всей коробки значительно уменьшатся, при этом на высшей передаче ведомый вал коробки будет вращаться вдвое быстрее коленчатого вала двигателя, делая 4000 об/мин, так как передаточное число равно 0,5. Наименьшее передаточное число коробки выбирают так, чтобы обороты ее ведомого вала не были чрезмерно большими (не более 4000—4500 в минуту).
Механизмы с постоянным передаточным числом лучше всего поместить на бортах танка, за механизмами поворота — по одному перед каждым ведущим колесом. Тогда коробка передач и механизмы поворота будут передавать сравнительно небольшой крутящий момент и иметь небольшие размеры. Механизмы с постоянным передаточным числом названы бортовыми передачами. Передаточное число бортовых передач танков, как правило, находится в пределах 5—15.
Устройство бортовых передач было показано в главе III. Передача состоит из одной или двух пар шестерен (при Z, равном 6—7,— одна пара, при I больше 7 — две пары), заключенных в общий картер.
Бортовые передачи могут быть и планетарными. Планетарная бортовая передача позволяет получить большое передаточное число (до 20 и выше) при сравнительно малых размерах.
УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЕРЕДАТОЧНЫХ МЕХАНИЗМОВ И ПОТЕРЯ МОЩНОСТИ В НИХ
УСЛОВИЯ РАБОТЫ
Не все детали механизмов танка работают одинаково напряженно. Одни из них находятся в действии все время, пока движется танк, другие только часть этого времени. На средних передачах коробка передач работает значительно больше, чем на низших и на высших, а задний ход включается очень редко и ненадолго. Ввиду этого нет смысла делать все механизмы и детали коробки передач одинаково прочными и износостойкими. В большинстве танковых коробок низшие передачи, особенно за медленную, рассчитывают на значительно меньший срок работы, чем средние; поэтому, когда в эксплуатации приходится использовать танк как тягач, следует учитывать эту особенность танковой коробки передач. Не следует часто применять танк в качестве тягача. Однако опыт второй мировой войны показал, что в боевой обстановке, там, где не могут работать незащищенные тракторы, танк вынужден часто брать на буксир другой танк. В этом случае буксирующий танк должен только вывести подбитый танк из района боя в укрытие, откуда буксировать дальше могут тракторы.
СМАЗКА
В передаточных механизмах танков особенно сильно изнашиваются шестерни. Износ вызывается трением между зубьями. Для уменьшения трения шестерни работают в масле.
Смазывать необходимо не только шестерни, но и подшипники валов, а также муфты. Обычно масло заливают в картер механизма. Шестерни, вращаясь, захватывают смазку зубьями и разбрызгивают ее. Мелкие частицы масла попадают на шестерни, валы, подшипники и смазывают их. Стекающее с деталей масло отбирает тепло от шестерен и уносит с собой металлические частицы, которые оседают на дно картера.
Уровень масла в картере механизма должен быть строго определенным. Если смазки мало, увеличится трение, износ и нагрев шестерен. Сильно нагреется и само масло. При избытке смазки мощность тратится на ненужное перемешивание масла.
Условия смазки значительно улучшаются, если применяется принудительная смазка, т. е. когда масло подается к шестерням и подшипникам насосом. При таком способе обеспечивается надежная смазка, масло очищается в фильтре и может охлаждаться в масляном радиаторе; кроме того, принудительная смазка дает возможность избежать ненужной потери мощности на перемешивание масла.
ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ТАНКЕ
Тепловая энергия, превращающаяся в двигателе в механическую работу, передается механизмам танка неполностью: часть ее расходуется на трение в самом двигателе и на приведение в действие его вспомогательных механизмов, о чем подробно говорилось выше, в главе IV. Если принять мощность, снимаемую с маховика, за 100%, то дальше эта мощность распределяется примерно так, как показано на рис. 438.
Часть мощности двигателя будет затрачена на вращение вентилятора. Затрата мощности на вентилятор иногда достигает 10%. Правда, эта мощность затрачивается не бесполезно — она расходуется на охлаждение двигателя. /Мощность, затраченную на вентилятор, нельзя отне сти к потерям, какими являются, например, потери на трение в подшипниках. Это «потеря» лишь потому, что данная часть мощности не подводится к ведущим колесам танка и не может быть использована на его движение.
Все остальные потери являются потерями в прямом смысле слова. Это мощность, которая тратится главным образом на трение между зубьями шестерен в коробке передач, конической и бортовой передачах и превращается здесь в тепло. Трение в шарико- и роликоподшипниках, на которых вращаются валы механизмов, очень невелико. Больше всего мощности (до 6%) теряется в коробке передач, если крутящий момент в ней передается через две пары шестерен. В том случае, когда в коробке на данной передаче работает одна пара шестерен, потеря мощности уменьшается до 2—3%, а на прямой передаче — до 1%.
Рис. <38. Распределение мощности в механизмах танка
Так как трение между зубьями конических шестерен больше, чем цилиндрических, то в конической передаче теряется до 3—4%- мощности; несколько больше 2% мощности будет потеряно в обеих бортовых передачах.
Таким образом, до ведущих колес дойдет не более 78% мощности, снимаемой с маховика двигателя. А так как до 10% мощности затрачи-вается на трение в шарнирах гусениц, в опорных и поддерживающих катках, в ведущих и направляющих колесах, иначе говоря, в ходовой части, то примерно лишь 65—75% мощности израсходуется по прямому назначению — на преодоление сопротивления движению, т. е. на полезную работу танка.
Приведенные на рис. 438 данные о потерях мощности могут значительно отличаться от данных, которые получаются на том или ином конкретном танке. Так, если танк имеет шестеренчатые механизмы поворота, в них дополнительно тратится мощность. Потери мощности зависят также от устройства самих шестеренчатых механизмов; например, в планетарных передачах с внутренним зацеплением потери мощности могут быть значительно меньше, чем в непланетарных и в планетарных передачах с внешним зацеплением, и т. д.
НЕПРЕРЫВНЫЕ ТРАНСМИССИИ
Рассмотренные нами механизмы трансмиссии танка, как бы они ни были совершенны, все же обладают существенным недостатком — они не могут непрерывно изменять скорость и силу тяги в соответствии с изменением сопротивления, встречающегося в каждом отдельном случае на пути движения танка.
Какие бы из рассмотренных механизмов трансмиссии не были установлены в танке, будет существовать лишь определенное небольшое число сопротивлений, при преодолении которых мощность двигателя используется полностью. При преодолении остальных сопротивлений мощность двигателя используется частично.
В так называемых непрерывных трансмиссиях — гидравлических, электрических и механических — этого недостатка нет. Здесь для любого сопротивления, встречающегося на пути движения танка, может быть подобрана (без изменения мощности) равная ему сила тяги. Вследствие этого мощность всегда используется полностью, если не считать внутренних потерь в самой непрерывной передаче.
Мы остановимся здесь на гидравлических и электрических передачах, так как попытки создать непрерывную механическую передачу для танков и особенно для автомобилей, предпринимавшиеся неоднократно, пока не увенчались достаточным успехом из-за сложности задачи. Работы в этом направлении продолжаются. В частности, в последние годы советские ученые и конструкторы создали непрерывную механическую передачу фрикционного типа для сельскохозяйственного трактора, прошедшую пока первые испытания.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТРАНСМИССИИ
Гидравлические непрерывные передачи могут быть двух типов: передачи давлением — гидростатические и передачи потоком — гидродинамические. В основе работы обеих передач лежат два различных физических явления.
Рассмотрим простой пример, который поможет понять сущность этих явлений.
Передача давлением
Чет дольше сопротивление,тем^ больше давление руки
Крайний шарин
Промежуточный
шарик
Передача ударом
Сила удара на крайний шарик зависит от сопротивления, приложенного к крайнему шарику
Рис. 439. Передача энергии давлением и ударом
Представим себе два шарика, лежащих рядом (рис. 439). Если надавить пальцем на один из них, второй начнет двигаться. В данном случае сила пальца через первый шарик передается второму и приводит его в движение. Первый шарик не обладает большей энергией движения, чем второй, а только передает энергию руки второму шарику.
Теперь расположим оба шарика на некотором расстоянии один от другого и толкнем первый шарик. Покатившись, этот шарик ударит второй шарик и приведет его в движение. В данном случае первый шарик служит носителем энергии, которую он получил при толчке и передает второму шарику при столкновении с ним.
В первом случае осуществляется статическая передача энергии — давлением, во втором динамическая — ударом. Статическая передача существенно отличается от динамической. Так, если к крайнему шарику при статической передаче приложить силу сопротивления (хотя бы придержать шарик пальцем), то толкающая сила должна быть не меньше приложенной силы сопротивления. Увеличив сопротивление, т. е. создав большее препятствие для движения второго шарика, необходимо на столько же увеличить силу, толкающую первый шарик: только в этом случае шарики смогут двигаться.
Иначе обстоит дело при динамической передаче. Здесь первый шарик, получив толчок, катится ко второму шарику и при ударе частично или полностью передает ему свою энергию.
Допустим, что ко второму шарику приложено очень большое сопротивление. При столкновении шариков произойдет удар, и сила, приложенная ко второму шарику, будет тем больше, чем больше это сопротивление.
В динамической передаче сила, толкающая второй шарик, зависит от сопротивления, приложенного к этому шарику, но не зависит от силы, которая была приложена к первому шарику со стороны руки. Рука уже не взаимодействует с первым шариком, когда он ударяет по второму.
ПЕРЕДАЧА ДАВЛЕНИЕМ (ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ)
После рассмотренного выше примера с шариками легко понять, как работает передача, показанная на рис. 440. Ведущий коленчатый вал передачи соединен с валом двигателя. Кривошип вала передачи через шатун и направляющий шток связан с поршнем, находящимся в блоке передачи. Точно так же устроена ведомая часть передачи. С кривошипом ведомого коленчатого вала, на концах которого установлены ведущие колеса танка (точнее, валы механизмов поворота, не показанных на схеме), соединен правый поршень. Пространство, в котором перемещаются поршни, заполнено жидкостью и соединено внешним и внутренним перепускными каналами. Во время работы передачи жидкость перетекает по каналам из одного цилиндра в другой.
При вращении двигателем ведущего вала передачи левый поршень, двигаясь вправо (по рисунку), перегоняет жидкость по внутреннему 434
Рис. 440. Схема простейшей гидростатической передачи
перепускному каналу в правую часть. Правый поршень, двигаясь под дей-ствием давления жидкости, приводит во вращение ведомый вал, а следовательно, и ведущие колеса. Жидкость, находящаяся под правым поршнем, перетекает по внешнему перепускному каналу в пространство под левый поршень. Когда левый поршень перемещается в обратную сторону, жидкость по внешнему перепускному каналу передает давление на правый поршень и передвигает его влево.
Существенным недостатком такой передачи является то, что она имеет постоянное передаточное число, равное единице, и, следовательно»
не может менять силу тяги.
Изменить передаточное число можно, изменяя ход поршня, например, с помощью так называемой качающейся шайбы (рис. 441). Качающаяся шайба установлена на ведущем валу на круглой шпонке, которая позволяет наклонять шайбу под углом. С шайбой шарнирно соединены штоки, связанные с поршнями. На нашем рисунке поршней два. Поршни перемещаются в цилиндрах корпуса, закрепленного на шлицах ведущего вала, на котором установлена и качающаяся шайба. Снаружи на качающуюся шайбу надевается кольцо привода (рис. 442). Посред
ством тяг и рычага управления качающейся шайбе нужный угол наклона. При вращении передачи кольцо привода остается неподвижным и служит для направления вращения качающейся шайбы.
Если качающаяся шайба установлена под прямым углом к валу, то при его вращении поршни в цилиндрах переме щаться не будут, так как расстояние от шайбы до корпуса и внизу и вверху одинаково.
Если кольцо привода вместе с шайбой наклонить и закрепить в наклонном положении, то конец штока, перемещаясь вместе с шайбой относительно наклонно расположенного кольца, будет то приближаться к корпусу, то удаляться от него (см. рис. 441). Значит, будут перемещаться и поршни в цилиндрах. Верхний будет
можно придать этому кольцу, а с ним и
Рис. 441. Принцип действия качающейся шайбы в гидропередаче
Рис. 442. Схема гидростатической передачи с качающейся шайбой
нагнетать жидкость, нижний — отсасывать ее от гидромотора, с которым корпус связан при помощи труб.
В зависимости от угла наклона качающейся шайбы ход поршня будет больше или меньше. Следовательно, будет меняться и крутящий момент гидромотора.
На рис. 442 изображена гидростатическая передача. Она состоит из насоса с качающейся шайбой и гидромотора. Гидромотор (рис. 442, слева внизу) устроен так же, как рассмотренный в главе VII гидромотор привода поворота башни.
Рассмотрим теперь, как работает гидропередача.
Вращение коленчатого вала передается через ведущий вал качающейся шайбе и корпусу насоса, закрепленному на том же валу. Под давлением верхнего поршня жидкость из цилиндра поступает к гидромотору и приводит во вращение его крыльчатку, установленную на поперечном (ведомом) валу. Из гидромотора жидкость откачивается нижним поршнем. Крутящий момент гидромотора, как уже отмечалось выше, меняется путем изменения угла наклона качающейся шайбы. К кольцу привода крепится рычаг, связанный через тягу с педалью управления. Нажимая на педаль, механик-водитель меняет наклон качающейся шайбы.
Если сопротивление движению танка увеличилось и требуется повысить силу тяги, достаточно, нажав на педаль, уменьшить наклон шайбы. Тогда ход поршня уменьшится, а крутящий момент гидромотора и сила тяги соответственно возрастут.
Для упрощения схемы в гидростатической передаче, изображенной на рис. 442, не показан механизм заднего хода. Задний ход обычно осуществляется смещением оси крыльчатки гидромотора в противоположную сторону относительно оси корпуса гидромотора.
Рис. 443. Схема и устройство гидростатической передачи с качающимися шайбами, применявшейся на грузовых автомобилях
На рис. 443 показана гидропередача с двумя качающимися шайбами. Эта передача аналогична передаче, приведенной на рис. 442. Шайба нагнетателя преобразует вращательное движение ведущего вала в поступательное движение поршней нагнетателя. Вторая шайба, посаженная на ведомый вал, преобразует поступательное движение поршней приемника во вращательное движение ведомого вала.
Гидростатические передачи позволяют получить большой диапазон скоростей. Например, в гидростатических передачах, применяющихся для вращения башни танка, диапазон достигает 100.
В этом, как будет показано ниже, заключается основное преимущество гидростатических передач по сравнению с гидродинамическими.
ПЕРЕДАЧА ПОТОКОМ (ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ)
В гидродинамических передачах используется энергия быстро текущей струи. Подведенная с большой скоростью жидкость, ударяя по лопаткам рабочего колеса турбины, приводит его во вращение; ударяясь о лопатки и двигаясь по ним от краев к центру, жидкость отдает турбине свою энергию, постепенно теряя скорость, и выходит из турбины со значительно меньшей скоростью, чем входит в нее: энергия или живая сила потока превращается в работу вращения колеса.
Крышка Насос
Рис. 444. Разобранная на детали гидродинамическая передача.
Видны лопатки рабочих колес
Рис. 445. Схема гидромуфты
Основными деталями гидродинамических передач являются рабочие колеса, по лопаткам которых движется жидкость (рис. 444). Пусть такое колесо, свободно установленное на оси, может вращаться, почти не встречая сопротивления. Тогда достаточно струе коснуться лопаток, чтобы колесо пришло в движение. Давление на лопатки будет невелико, так как жидкость лишь скользит по ним, почти не упираясь. Зато скорость вращения колеса будет большая, на его окружности она почти равна скорости струи.
Заставим колесо турбины совершать какую-либо работу, например вращать гусеницы. Теперь, чтобы приводить колесо в движение, потребуется большая сила: скорость вращения колеса снизится, ввиду чего жидкость будет как бы упираться в лопатки с тем большей силой, чем больше сопротивление на валу. При этом скорость жидкости, выходящей из колеса турбины, уменьшится.
Если отработавшую, потерявшую скорость жидкость перекачать каким-либо насосом и подать обратно в турбину, жидкость, получив новый запас энергии, сможет вновь совершать работу. Именно так и действуют передачи потоком.
Простейшая гидродинамическая передача, применявшаяся на танках, называется гидромуфтой (рис. 445). Она состоит из двух механизмов — центробежного насоса и турбины, заключенных в общий
кожух. Устройство насоса и турбины одинаково; они представляют собой колеса, состоящие из двух дисков, между которыми находятся лопатки (см. рис. 444).
Центробежный насос приводится во вращение двигателем. Жидкость (вода, керосин, жидкое масло), поступающая к центру колеса насоса, захватывается лопатками и под действием центробежной силы отбрасывается к краям с большой скоростью. Из насоса жидкость попадает в рабочее колесо турбины; ударяясь с силой о лопатки, она передает свою энергию рабочему колесу турбины, заставляя его вращаться. Жидкость со все уменьшающейся скоростью приближается к центру турбины, откуда возвращается в насос. Таким образом, внутри муфты циркулирует одно и то же количество жидкости, непрерывно переходящей из насоса в турбину и обратно.
В таком виде, как здесь описано, гидродинамическая передача еще не может заменить коробку передач в трансмиссии танка. Коробка передач, меняя скорость, меняет и крутящий момент; с увеличением скорости момент уменьшается. Мощность при этом не изменяется, так как она равна произведению числа оборотов на крутящий момент. В гидромуфте можно изменить скорость вращения турбины, но нельзя изменить при этом ее крутящий момент, не меняя момента насоса.
В этом нетрудно убедиться на основе следующих рассуждений.
Пусть к ведущему валу гидромуфты приложен момент двигателя Мд, а к ведомому валу — момент сопротивления вращению ведущих колес танка А4С. Так как муфта имеет два вала, а других моментов к ней не приложено, то оба момента по закону равенства действия и противодействия должны уравновешиваться, или, иначе говоря, должны быть равными: Мд—Мс. При постоянном моменте двигателя Мд момент сопротивления Мс должен быть также постоянным. Так как момент сопротивления Мс зависит от условий движения танка, он будет меняться. Но тогда согласно приведенному равенству должен меняться и момент двигателя Мд. Таким образом, гидравлическая муфта не может заменить коробку передач, которая позволяет при определенных условиях сохранять неизменным момент двигателя Мд при изменяющемся моменте сопротивления Мс. Если турбина гидромуфты вращается медленнее насоса, т. е. муфта пробуксовывает, к ведущим колесам подводится мощность, меньшая мощности двигателя. Разница в мощностях тратится на внутренние потери в гидравлической муфте: на трение внутри самой жидкости, на удар и трение жидкости о лопатки, стенки картера и т. д. Все эти потери в конечном итоге превращаются в тепло и нагревают жидкость, циркулирующую в муфте.
Если остановить ведомый вал гидромуфты (турбину) при работающем двига* теле, то вся мощность двигателя будет превращаться в тепло.
Заметим, что между гидромуфтой и обычной фрикционной муфтой, например главным фрикционом, много общего. Обе они не меняют момента, а могут менять только скорость; часть энергии двигателя при буксовании фрикциона уходит на трение его дисков и превращается в тепло. Если остановить ведомый вал фрикциона (это происходит, например, в момент трогания танка), вся энергия двигателя идет на трение во фрикционе. Если фрикцион не буксует, т. е. если его ведущие и ведомые диски вращаются с одной и той же скоростью, потери мощности нет, и вся мощность двигателя передается ведущим колесам танка.
То же происходит и в гидромуфте. Если ее ведомый вал вращается почти с той же скоростью, что и ведущий, почти вся мощность двигателя передается ведомому валу. Мы сказали «почти» потому, что ведомый вал гидромуфты всегда вращается несколько медленнее ведущего; при этом часть мощности тратится на внутренние потери в муфте, но это небольшая часть, обычно 1 —1,5%.
Таким образом, гидромуфта хотя и не может выполнять задачи коробки передач, но частично выполняет задачи главного фрикциона в трансмиссии танка. Гидромуфта и применяется иногда в дополнение к главному
фрикциону. По сравнению с обычным фрикционом гидромуфта имеет ряд преимуществ: она не боится перегрева, не требует регулировок, более плавно работает. Если танк с гидромуфтой, наехав на препятствие, остановится, двигатель не заглохнет. Трогание танка с места также происходит более плавно; увеличивая постепенно число оборотов двигателя, а с ним и насоса, механик-водитель этим самым плавно повышает число оборотов турбины, вследствие чего растет и скорость танка. Гидромуфту не требуется выключать; достаточно уменьшить обороты двигателя настолько, чтобы крутящий момент, подведенный от насоса к турбине, стал меньше, чем момент сопротивления движению, приложенный к ведущим колесам танка, и турбина остановится, хотя насос будет продолжать вращаться. Таким образом, фрикционная муфта при наличии гидромуфты нужна только для отключения двигателя от коробки передач на время переключения передач.
Чтобы сделать гидродинамическую передачу пригодной для использования в качестве коробки передач, между насосом и турбиной ставят неподвижное (невращающееся) колесо с лопатками — направляющий аппарат. Гидродинамическая передача с направляющим аппаратом называется гидротрансформатором или преобразователем момента (рис. 444 и 446).
Уже указывалось, что если сопротивление на ведущих колесах танка увеличивается и вследствие этого вращение турбины замедляется, жидкость как бы сильнее упирается в лопатки, и крутящий момент увеличивается. Но, чтобы «упереться» в лопатки турбины, жидкость должна с такой же силой «оттолкнуться» от какой-либо опоры. В гидромуфте такой опорой были лопатки насоса; поэтому для увеличения момента сопротивления требовалось увеличить момент двигателя, в гидромуфте всегда Л4д=Д4с. В трансформаторе опорой служат лопатки неподвижного направляющего аппарата. Вследствие этого трансформатор автоматически изменяет скорость при увеличении сопротивления, т. е. является передачей.
На направляющий аппарат действуют два момента, направленных в разные стороны: момент * насоса Мд и момент турбины Мс. Момент аппарата Ма всегда равен разности этих двух моментов.
Таким образом, к гидротрансформатору приложены не два момента, как к муфте, а три—Л/д, Мс и Ма, причем Л/а = Мс—Л?д.
Например, пусть момент сопротивления равен 10 кгм, а момент двигателя 5 кгм. Тогда Ма — 10 — 5 = 5 кгм.
Если сопротивление увеличится и Л/с возрастет до 15 кгм, а двигатель будет раз-• вивать прежний момент Л/д = = 5 кгм, то Ма = 15 — 5 = = 10 кгм\ момент аппарата увеличился вследствие увеличения момента сопротивления, приложенного к колесу турбины, момент же насоса остался неизменным.
Направляющий аппарат существует и в тех механизмах
не только непрерывной, но и автоматической
Турбина
Насос
Направляющий аппарат
д
Рис. 446. Схема гидротрансформатора
Ведомый вал
Ведущий вал
для изменения крутящего момента, с которыми читатель уже знаком. Так, в коробке передач роль «аппарата» играет закрепленный в танке картер коробки. Если освободить картер, позволив ему вращаться, крутящий момент в коробке увеличиваться не будет; какие бы шестерни мы ни вводили в зацепление, крутящий момент на ведущем и ведомом валах будет одинаков, а картер будет вращаться, увлекаемый валами. В планетарной передаче направляющим аппаратом служит закреп ленная деталь — солнечная шестерня или венец.
Для гидротрансформатора особенно важно, чтобы возможно большая часть мощности двигателя передавалась турбине, а потери энергии на удары, завихрение жидкости, на трение и т. д. были возможно меньшими.
Для этого лопатки направляющего аппарата располагают так, чтобы обеспечить наиболее плавное изменение скорости жидкости. Тогда потери энергии на удар о лопатки при определенном числе оборотов турбины, т. е. при определенном передаточном числе, будут наименьшие. С изменением числа оборотов турбины в ту или иную сторону потери будут возрастать, так как изменение общей скорости жидкости при входе в турбину и выходе из нее будет более резким. Если гидротрансформатор обеспечивает изменение скорости танка в пределах диапазона d = 2, то потери редко превышают 15—20% передаваемой мощности. С увеличением диапазона потери растут; поэтому гидротрансформаторы обычно рассчитывают лишь на диапазон не более 4—4,5. Это соответствует рабочему диапазону скоростей танка. Для увеличения общего диапазона можно поставить дополнительную механическую коробку на две-три передачи.
Чтобы уменьшить потери и тем самым повысить диапазон скоростей гидротрансформатора, иногда делают лопатки направляющего аппарата поворачивающимися. Это дает возможность обеспечить плавный поток жидкости и уменьшить потери при разных передаточных числах.
С той же целью гидротрансформаторы делают двух- или трехступенчатыми, т. е. ставят на ведомом валу не одну, а две-три турбины, располагая между ними направляющие аппараты. Жидкость, двигаясь по лопаткам турбин и аппаратов, отдает свою энергию не сразу, а постепенно. Плавное изменение скорости при переходе жидкости из одной ступени гидротрансформатора в другую уменьшает потери.
Иногда для уменьшения потерь гидротрансформатор устраивают так, что при уменьшении момента сопротивления до величины момента двигателя направляющий аппарат автоматически освобождается (расторма-
Двигатель
Турбина, связанная с ведомым валом гидротрансформатора
Направляющий аппарат, связанный с полым валом
Механическая коробка передач
Кулачковая ------я—
нуфти бортовая передача 'г Гпавная передача
Насосный ротор, связанный с валом двигателя
Ведущее колесо
Рис. 447. Схема гидромеханической трансмиссии танка (вид в цлане)
живается) и соединяется с насосом или турбиной, вращаясь заодно с ним. Благодаря этому гидротрансформатор превращается в гидромуфту, а в ней почти нет потерь мощности.
На рис. 447 показана осуществленная практически схема гидродинамической трансмиссии танка с дополнительной механической коробкой передач. Направляющий аппарат здесь установлен на полом валу, который с помощью кулачковой муфты соединяется либо с неподвижным картером (передача работает как гидротрансформатор), либо с валом турбины (работает как муфта).
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ
В гидравлической передаче потоком насос превращает энергию двигателя в энергию движения (живую силу) жидкости, которая затем передается турбине. Электрическая передача работает подобным же образом: в генераторе (динамомашине) энергия двигателя преобразуется в электрическую энергию. Электрический ток устремляется в электромотор (электродвигатель), вызывая вращение вала электромотора. Таким образом, электрическая передача, так же как и гидравлическая, состоит из двух основных устройств.
В электрической передаче насос заменен генератором, а турбина — электромотором. Как и гидродинамическая, электрическая передача может быть непрерывной и автоматической. Электрическая трансмиссия заменяет не только коробку передач, но и механизмы поворота танка. Для этой цели на танке устанавливают два электромотора, по одному для каждой гусеницы.
Непрерывная передача, как уже говорилось, должна изменять скорость движения танка и силу тяги на его ведущих колесах при неизменной мощности и оборотах двигателя. Но раз мощность двигателя не меняется, постоянной должна оставаться и мощность генератора.
В главе V указывалось, что электромоторы обладают свойством увеличивать крутящий момент при уменьшении числа оборотов: когда обороты якоря падают, уменьшается противоэлектродвижущая сила и увеличивается сила тока, идущего в электромотор; при этом увеличивается и крутящий момент электромотора.
Мощность генератора равна произведению силы тока на напряжение: Р = IU. При постоянном напряжении мощность генератора должна увеличиваться соответственно увеличению силы тока, идущего в электромотор. Чтобы поддерживать мощность постоянной, увеличение силы тока должно сопровождаться уменьшением напряжения генератора.
Электродвижущая сила и напряжение генератора зависят от числа оборотов якоря и магнитного потока, создаваемого полюсами. Поскольку обороты двигателя, а значит, и якоря генератора должны поддерживаться постоянными, для понижения напряжения необходимо уменьшить магнитный поток полюсов. При этом условии будет соблюдено постоянство мощности и оборотов двигателя.
Электрические трансмиссии имеют различное устройство, они отличаются одна от другой главным образом способом регулирования напряжения и силы тока.
На рис. 448 показана схема электрической трансмиссии. Здесь генератор, приводимый во вращение двигателем, имеет две обмотки возбуждения. Одна из них (основная) питается током, который вырабатывается небольшим дополнительным генератором — возбудителем. Якорь возбудителя через якорь основного генератора связан с коленчатым валом двигателя. Ток обмотки полюсов возбудителя поступает от аккумуляторной Ш
443
Рис» 448. Схема электрической трансмиссии танка
батареи. Таким образом, возбудитель является электрической машиной с посторонним возбуждением. При неизменных оборотах двигателя напряжение на его щетках остается постоянным. Это значит, что ток в основной обмотке возбуждения генератора при постоянных оборотах двигателя не меняется.
Вторая (регулирующая) обмотка возбуждения — последовательная: через нее проходит весь ток, идущий от генератора к электромоторам. Направление тока в этой обмотке противоположно направлению тока в основной обмотке; поэтому ток, идущий по регулирующей обмотке, размагничивает полюсы, уменьшая магнитный поток тем сильнее, чем больше сила тока.
Щетки обоих электромоторов присоединены параллельно к щеткам генератора, а их обмотки возбуждения питаются током от аккумуляторной батареи через реостаты. Переключатели позволяют изменять направление тока в обмотках возбуждения, при этом полюсы электромагнита меняются местами (северный становится южным и наоборот), а направление тока в якоре остается прежним. Якорь меняет направление своего вращения, и танк двигается задним ходом.
Рассмотрим прямолинейное движение танка. Для этого случая направление тока во всех цепях показано на схеме стрелками. Допустим, что напряжение генератора при постоянных (рабочих) оборотах двигателя равно 200 в, а сила тока, идущего к электромоторам, 100 а; при этом танк развивает определенную скорость.
Пусть сопротивление движению танка увеличилось. Обороты электромоторов упадут, и скорость танка уменьшится. Уменьшение числа оборотов якоря электромотора вызовет увеличение силы тока вследствие уменьшения противоэлектродвижущей силы. С увеличением силы тока сила тяги также увеличится. Однако поскольку увеличивается сила тока, проходящего по регулирующей обмотке генератора, его полюсы будут размагничиваться, и напряжение генератора уменьшится.
Таким образом, при увеличении сопротивления движению автоматически снизится скорость танка, а крутящий момент на ведущих колесах и сила тяги увеличатся; вместе с тем из-за увеличения силы тока, проходящего по регулирующей обмотке генератора, его напряжение уменьшится.
Обмотки генератора рассчитаны так, что мощность его останется примерно прежней. Допустим, что сила тока увеличится до 200 а, а напряжение упадет до 100 в; мощность будет та же самая, так как 200 в • 100 а — 100 в • 200 а = 20 000 вт, или 20 кет.
Таким образом, электропередача, подобно гидравлической передаче потоком, является непрерывной и автоматической: скорость движения танка и сила тяги устанавливаются автоматически в зависимости от сопротивления движению.
Если уменьшить обороты двигателя, напряжение генератора упадет вследствие снижения числа оборотов якоря и уменьшения магнитного потока полюсов, так как уменьшится сила тока, вырабатываемого возбудителем. Это приведет к снижению скорости танка. Когда по условиям движения танк не может двигаться с высшей скоростью, допускаемой сопротивлением дороги, механик-водитель может при помощи реостатов увеличить силу тока в обмотках возбуждения электромоторов. При увеличении силы тока в обмотках возбуждения обороты электромоторов снизятся, вследствие чего скорость танка также станет меньше. Кроме того, можно регулировать силу тока в обмотках возбуждения дополнительного генератора (.на схеме эта регулировка не показана).
Электрическая непрерывная автоматическая трансмиссия, так же как и гидротрансформатор, имеет внутренние потери, причем эти потери тем больше, чем больше отличается режим движения танка — его скорость от той скорости, на которую, как на самую употребительную, была рассчитана электротрансмиссия. Так, например, если при расчете была принята скорость 30 км/час, то работа на других скоростях (20 или 40 км/час) будет сопровождаться потерями, тем большими, чем больше отличается скорость движения от расчетной скорости. Поэтому диапазон скоростей электротрансмиссии обычно ограничивают величиной 4—5; в этом диапазоне электрическая трансмиссия может работать экономично. Для увеличения общего диапазона к электрической трансмиссии добавляют обычный демультипликатор на две передачи. Это позволяет расширить диапазон до 10, что для танка вполне достаточно.
Применение электротрансмиссии в танках до настоящего времени было ограничено вследствие ее сложности и относительно большого веса ее механизмов по сравнению с механизмами обычной шестеренчатой трансмиссии.
РАЗГОН И ТОРМОЖЕНИЕ
ПРИЕМИСТОСТЬ
Приемистостью танка называется его способность быстро набирать скорость с места и после переключения передачи. Чем быстрее разгоняется танк, тем выше его приемистость. Высокая приемистость обеспечивает танку хорошую маневренность, а это свойство для танка особенно важно, потому что в бою все время приходится маневрировать.
Выше указывалось, что танк начнет двигаться, если сила тяги на его гусеницах будет больше, чем сила сопротивления движению. Только в этом случае возможно ускорение танка, т. е. увеличение его скорости.
Чем больше разность между силой тяги и сопротивлением, тем быстрее танк будет набирать скорость и тем больше его ускорение. В соответствии с законом механики ускорение равно избытку силы тяги, деленному на массу танка, т. е.
. P-R.
J ~ М ' где j— ускорение в м[сек?\
Р— сила тяги в кг\
Ro— сопротивление движению в кг;
М — масса танка в кг сек?/м.
Допустим, что сила тяги Р = 2500 кг, сопротивление Ro — 1000 кг, а вес танка G = 25 000 кг. Масса танка равна его весу, деленному на ускорение силы тяжести (9,81 м/сек?), или, приближенно,
G 25000
М = -jq- — ——— = 2500 кг сек2/м.
Тогда ускорение танка будет . 2500— 1000 1500 о
J ~ 2500 - 2500 - 0,6 М^СеК '
Таким образом, за каждую секунду скорость танка будет увеличиваться в среднем на 0,6 м/сек. Через 10 секунд с момента начала движения танка она составит 6 м/сек, через 15 секунд — 9 м/сек и т. д.
РАЗГОН И СИЛА ТЯГИ
От чего же зависит величина силы тяги при разгоне танка? Когда механик-водитель, намереваясь привести танк в движение, увеличивает подачу горючего и включает главный фрикцион, в первый момент число оборотов коленчатого вала и связанных с ним деталей повышается,
а фрикцион полностью пробуксовывает: его ведущая часть вращается, а ведомая, связанная через передаточные механизмы с гусеницами, неподвижна. При трогании танка с места пробуксовка уменьшается, обороты ведомой части увеличиваются, а ведущей, наоборот, снижаются. В результате этого вращающиеся детали двигателя и вентилятор, связанные с ведущей частью фрикциона, отдают накопленную ими ранее кинетическую энергию ведомой части, так же как, например, отдавал ее коленчатому валу маховик электроинерционного стартера. Часть энергии ведущих деталей фрикциона затрачивается на трение, сопровождающее буксование, и превращается в тепло. Другая же часть воспринимается ведомыми деталями фрикциона и расходуется вместе с энергией двигателя на разгон танка.
Таким образом, пока включенный фрикцион буксует, передаваемый через него крутящий момент будет больше крутящего момента двигателя.
Однако не вся энергия, полученная ведомой частью фрикциона, дойдет до ведущих колес танка. Часть энергии тратится на преодоление трения в механизмах, а часть ее идет на разгон вращающихся частей танка: шестерен и валов передаточных механизмов, гусениц, ведущих колес, опорных катков и т. д.
Несмотря на потери энергии в буксующем фрикционе, сила тяги в первый момент разгона, когда фрикцион буксует, будет наибольшей, так как фрикцион передает наибольший крутящий момент. За время пробуксовки обороты двигателя падают. После окончания пробуксовки обороты двигателя вновь начинают повышаться. При этом часть мощности двигателя начинает расходоваться на разгон деталей самого двигателя и вентилятора. Часть мощности будет затрачена, кроме того, на увеличение скорости вращения остальных механизмов; поэтому сила тяги на ведущих колесах и ускорение танка значительно уменьшаются. Тем не менее разгон будет продолжаться, пока двигатель не разовьет предельно допустимых оборотов, а танк — наибольшего на данной передаче скорости. После этого возможности дальнейшего разгона исчерпаются, так как для увеличения скорости потребовалось бы превысить предельные обороты двигателя.
Если необходимо еще увеличить скорость танка, нужно перейти на высшую передачу.
За время переключения (2—4 секунды для обычной коробки) часть достигнутой танком скорости будет потеряна. После переключения передачи фрикцион некоторое время буксует, как и при трогании с места, причем за это время обороты двигателя снижаются. Затем, когда пробуксовка кончится, обороты двигателя снова начнут повышаться, пока не достигнут нормальных, и т. д.
ПРИЕМИСТОСТЬ И УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ ВРЕМЯ И ПУТЬ РАЗГОНА
Большое влияние на приемистость оказывает удельная мо щ-ность двигателя, т. е. мощность двигателя, приходящаяся на единицу веса танка: А/у. Чем выше удельная мощность, тем больше будет сила тяги при одинаковой скорости и тем быстрее произойдет разгон танка.
Чтобы сравнить приемистость двух танков, надо знать время, за которое они в одинаковых условиях, на одной дороге, разгоняются до одинаковой скорости. Примем, что эта скорость равна 20 км!час — обычная средняя скорость на местности.
На рис. 449 показана ^сек
----- зависимость
примерная зависимость । времени разгона готудель- I ной мощности двигателя Ny, 20 '
10 15 го 25 30 35 Млс/т
-------.--- _ у. -
Из рассмотрения кривой следует, что удельной мощности 12—15 л. с./т, типичной для большинства танков, соответствует время разгона, равное при- -мерно 15 секундам. 1
Однако время разгона до одной и той же скорости разных танков, имеющих одинаковую удельную мощность, на практике далеко не одинаково. Оно зависит от многих факторов, в том числе от типа коробки передач и механизма переключения передач, от приспособляемости двигателя к изменяющейся водителя и даже от веса и механизм переключения передач, чем лучше приспособляемость двигателя и выше квалификация механика-водителя, тем меньше время разгона, а следовательно, меньше и путь разгона. Время и путь разгона до максимальной скорости, выбираемой в соответствии с удельной мощностью, зависит, кроме того, и от величины этой скорости. Для достижения большей максимальной скорости нужно больше времени.
10
О
О 5
Рис. 449. Зависимость времени разгона танка от
удельной мощности двигателя
нагрузке, от натренированности механика-танка. Чем совершеннее коробка передач
ТОРМОЖЕНИЕ
СПОСОБЫ ТОРМОЖЕНИЯ
Надежное и быстрое торможение — одно из важных условий, определяющих высокую среднюю скорость танка и, следовательно, его маневренность.
Остановить танк можно двумя способами: либо только отключить двигатель от ведущих колес, выключив главный фрикцион или передачу в коробке, либо после отключения двигателя еще и искусственно задержать вращение гусениц при помощи специальных механизмов — тор-юзов \
В обоих случаях источником движения танка, поскольку двигатель не создает силы тяги на ведущих колесах, является энергия, запасенная танком при разгоне, — его живая сила. Она-то и расходуется на преодоление сопротивления движению. Когда вся живая сила будет израсходована, танк остановится. Второй способ остановки отличается от первого тем, что затянутые тормоза не дают гусеницам вращаться. Остановленные гусеницы, скользя по грунту, сильно разрушают его, вслед-
1 В некоторых случаях тормозом служит неработающий или работающий с малой подачей горючего двигатель. Тогда торможение происходит без отключения двигателя от ведущих колес (см. ниже, глава X).
ствие чего сопротивление увеличивается. Пользуясь этим способом, можно быстро остановить танк.
Когда тормоза затянуты неполностью, гусеницы вращаются, одновременно проскальзывая вперед (это явление — так называемый частичный юз — подобно частичному буксованию, о котором говорилось выше), что увеличивает сопротивление движению.
Если грунт не создает достаточно большого сопротивления движению танка, например на льду, быстро остановить танк не удастся даже при полностью заторможенных гусеницах. Таким образом, торможение в первую очередь зависит от свойств грунта и характера взаимодействия с ним гусениц танка.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ПУТЬ ТОРМОЖЕНИЯ
Путь, который пройдет танк, расходуя свою живую силу до полной остановки, называется путем торможения. Определим его для двух случаев: когда гусеницы вращаются свободно и когда они полностью заторможены.
Величина живой силы танка определяется формулой живой силы w=^f,
где IF—живая сила в кгм\
М.— масса танка в кг сек2/м\
v—скорость его в м/сек в начале торможения.
Эта живая сила расходуется на преодоление сопротивления движению, равного на горизонтальном участке пути R = fG.
Умножив силу сопротивления на путь торможения Sj, получим работу, которая должна быть равна живой силе, т. е.
откуда
Q __ Mv2
J ~ ~~2R~'
Подставив значение R и заменив массу танка через его вес получим ______________________________ Gv2 _______ v2 “ 2-ю/(Г__________________________________W *
Скорость здесь выражена в м/сек-, чтобы выразить ее в км/час, раз-о /3600 сек оп\
делим полученное выражение на 3,о2 Г- |0Qq" ~- = 3,61; в результате получим
0 V2 ____ V2
3,62-20/ — 260/ •
При скорости v = 30 км/час на грунте с коэффициентом сопротивления f = 0,08
30-30
260-0,08 ™ ’
т. е. прежде чем остановиться, танк пройдет путь 44 м.
При замедлении движения танка энергию отдают не только детали, движущиеся поступательно вместе с ним, но и детали механизмов, вращающиеся относительно* танка. Поэтому общий запас энергии танка бу-дет несколько больше принятой нами величины В то же время
часть энергии будет затрачена на работу трения в механизмах трансмиссии и ходовой части; этими величинами пренебрегают.
Перейдем к определению пути торможения при полностью заторможенных гусеницах. Танк будет скользить по грунту, срезая шпорами звеньев его неровности. Живая сила, как и в первом случае, будет расходоваться на разрушение грунта, т. е. на преодоление его сопротивления.
Повторив только что приведенные рассуждения, получим ту же формулу для пути торможения. Другим будет только коэффициент сопротивления. Величину его можно считать равной коэффициенту сцепления <р. Тогда путь торможения при полностью заторможенных гусеницах будет
260? ’
Примем скорость v = 30 кмIчас, а коэффициент сцепления с? = 0,8, тогда
е _ 30-30
? ” 260-0,8
= 4,4 м,
т. е. в 10 раз меньше, чем при свободно вращающихся гусеницах. П о-скольку тормоза затянуты полностью, уменьшить путь торможения на данном грунте и при данной скорости нельзя.
Из полученных формул следует, что путь торможения зависит только от качества и состояния грунта и от скорости танка, а от веса танка не зависит.
Легкий и тяжелый танки, движущиеся с одной и той же скоростью, теоретически остановятся, пройдя равные пути торможения, если только коэффициент сопротивления у них одинаков и тормоза затянуты в один и тот же момент. В действительности может получиться разница в путях торможения обоих танков, так как коэффициент сопротивления зависит от веса танка.
Если не тормозить гусеницы полностью, а дать им возможность частично вращаться, путь торможения танка будет меньше Sj, но больше Str. В нашем примере можно, меняя силу торможения, изменять путь торможения в пределах 4,4—44 м, в зависимости от степени затяжки тормозов.
При неполностью заторможенных гусеницах часть живой силы танка расходуется на преодоление сопротивления грунта, которое несколько увеличивается по сравнению с сопротивлением в первом случае (когда гусеницы вращаются свободно), так как шпоры частично приторможенных гусениц сильнее разрушают грунт. Другая часть живой силы расходуется в буксующих тормозах.
При движении танка по инерции ведущие колеса уже не ведут гусениц. Наоборот, их увлекают гусеницы. Упираясь в грунт шпорами, гусеницы вращаются, заставляя вращаться ведущие колеса.
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ ПУТЬ ТОРМОЖЕНИЯ
Когда определялся путь торможения при полностью заторможенных гусеницах, предполагалось, что они тормозятся мгновенно. Но мгновенно затянуть тормоза нельзя. На затяжку их требуется некоторое время, и, как бы оно ни было мало, его надо учитывать. Действительно, при скорости 30 км/час за каждую секунду танк проходит более 8 м. Общее время торможения не так уж велико, и, следовательно, время затяжки тормоза в общем времени торможения может составить значительную часть; поэтому действительный путь торможения 3*т всегда больше расчетного 5* (теоретического).
Время, необходимое для затяжки тормозов, зависит от их устройства, регулировки, а главное — от силы, которую механику-водителю приходится прикладывать при торможении: чем меньше требуется сила для торможения, тем быстрее удастся остановить гусеницы и тем меньше будет путь торможения.
При мгновенной и полной затяжке тормоза путь торможения для v = 30 км/час и ф = 0,8 составлял, как мы видели, около 4,5 м\ если на затяжку требуется 1 секунда, 5Т — 7,5 м; если 2 секунды, 6*т = 10 м. Точно определить путь торможения можно только опытным путем.
На рис. 450 приведены некоторые данные о действительном пути торможения танков, движущихся перед началом торможения с различной скоростью на различных дорогах.
На основании этих данных и формулы (7) можно найти выражение для определения действительного пути торможения.
Воспользуемся формулой (7) минимального пути торможения. Чтобы перейти к действительному пути торможения 5Т, надо умножить правую часть формулы на некоторый (пока нам неизвестный) коэффициент £, показывающий, во сколько раз действительный путь больше теоретического.
Будем иметь
с — ь 260? •
Из приведенных ранее данных (см. рис. 404) коэффициент сцепления для шоссе, покрытого мокрым укатанным снегом, ф = 0,5; тогда согласно рис. 450 можно определить значение коэффицента k:
, 260<р ? 260-0,5-25 1 .
V2 дт— 52,62
Характер дороги Шоссе, покрытое мокрым укатанным снегом Асфальтовое шоссе ч летом Асфальтовое шоссе летом. in
Вес танка в Т 30,4 30,0 8,9
Максимальная скорость в км^ас 52,6 42,0 31,0
Путь торможения в М 1 25 23 13
Рис. 450. Действительные пути торможения в различных условиях движения
для асфальтового шоссе по рис. 404 <? = 0,4, и тогда по рис. 450
, 260-0,4-23 . о k = - = 1>3’
• 260-0,4-13 < о k = = 1,3.
Подставляя в формулу для 5^ значение k= 1,3, получим приближенную формулу действительного пути торможения
С — v2 °т“~ 200? •
С известным приближением эта формула верна для любых грунтов.
При испытаниях, результаты которых приведены на рис. 450, тормоза затягивались с максимальной быстротой, поэтому можно считать, что полученная нами формула дает наименьший действительный путь торможения. Как видим, он не намного отличается от теоретического пути торможения.
ТОРМОЗА
Работа тормоза, так же как и фрикциона, основана на использовании сил трения. Фрикцион — передаточный механизм, он стоит на пути передаваемой мощности; тормоз — вспомогательный механизм, через него мощность не передается. Назначение тормоза — изменить скорость тормозных деталей, а в отдельных случаях полностью остановить их.
Как указывалось в главе III, на танках чаще всего применяются ленточные тормоза, реже — колодочные и дисковые.
Для затяжки тормоза, особенно на тяжелых танках, требуется большая сила. Выигрыш в силе, как и в главном фрикционе, обеспечивается передаточным числом привода. Но этого выигрыша часто недостаточно, так как для получения нужной силы торможения требуется слишком большой ход рычага (педали) тормоза, что затрудняет управление танком. Поэтому, чтобы облегчить торможение, тормоза часто снабжают сервоустройствами: механическими, гидравлическими, пневматическими и др.
САМОТОРМОЖЕНИЕ (СЕРВОДЕЙСТВИЕ)
Облегчить затяжку тормоза можно и без специальных сервоустройств. Для этого достаточно закрепить один конец тормозной ленты, связав другой с приводом. При вращении по часовой стрелке (рис. 451, слева) барабан как бы захватывает ленту и с силой увлекает ее за собой. Между барабаном и лентой возникает большое трение даже при
Сила трения навивает ленту на барабан
Сила трения отбрасывает ленту от барабана
Рис. 451. Самоторможение ленточных тормозов (серводействие)
Рис. 452. Типы ленточных
тормозов
слабом первоначальном натяжении свободного конца ленты: барабан, захватывая ленту, тормозит сам себя. Тормоз такого типа называется простым (рис. 452, вверху).
Простые тормоза обладают существенным недостатком: когда барабан вращается в противоположную сторону (при заднелМ ходе танка), требуется натягивать ленту в 5—6 раз сильнее, чем при вращении барабана вперед (см. рис. 451, справа). Поэтому тормозить танк, который движется задним ходом, будет тяжело. Практически это скажется, когда потребуется удержать сползающий танк на подъеме.
Если положение неподвижной опоры ленты меняется при изменении направления вращения барабана, т. е. если неподвижным делается то один, то другой конец ленты, тогда торможение танка будет одинаковым и при движении его вперед и при движении назад, т. е. в обоих случаях потребуется одинаковая сила. Так работают плавающие тормоза (рис. 452, внизу). Лента в них не имеет постоянного неподвижного крепления, она «плавает». Как только лента коснется барабана, он увлечет ее за собой. Лента будет перемещаться до тех пор, пока не дойдет до упора — правого или левого (на схеме), в зависимости от направления вращения барабана. Этот упор и ограничит дальнейшее перемещение ленты (закрепит ее).
Самоторможение тормоза, происходящее под действием силы трения, называется серводействием тормоза. Серводействие используется в тормозах тех танков, торможение которых без этого было бы затруднительным.
Когда нет необходимости использовать серводействие для облегчения торможения (например, при наличии сервомеханизмов), тормоз делают двойным (рис. 452, в середине). В двойном тормозе неподвижную опору располагают посередине ленты или делают две ленты, причем один конец каждой ленты закрепляют. Барабан, увлекая одну половину ленты, отбрасывает другую. Двойной тормоз действует более плавно, чем тормоз с серводействием, и не вызывает резких рывков танка при торможении. Однако сила, требующаяся для затяжки двойного тормоза, в 2V2—3 раза больше, чем плавающего.
РЕГУЛИРОВКА ТОРМОЗОВ
Чтобы тормоз работал нормально, между лентой и барабаном при незатянутом тормозе должен быть зазор. Если его нет, лента все время касается барабана, обшивки ленты изнашиваются, нагреваются и могут сгореть. Особенно большое значение имеет зазор для простых и плаваю-452
щих тормозов, так как даже при незначительном прикосновении ленты к барабану может произойти затяжка тормоза.
Время от времени зазор приходится регулировать, так как по мере износа обшивки ленты он увеличивается. Лента плавающего тормоза при большом зазоре отходит далеко от упора. Коснувшись барабана, она резко поворачивается, увлекая за собой связанные с ней рычаги и тяги привода. Происходит рывок, который передается к рычагу управления тормозом или к тормозной педали.
Величина зазора между лентой и барабаном колеблется обычно от । до 3 мм. Уменьшить зазор нельзя, так как лента, прогибаясь, может коснуться барабана. Колодки обладают значительно большей жесткостью, поэтому зазор в колодочных тормозах уменьшают до 0,5—0,75 мм. Соответственно уменьшается ход рычагов управления, а при равных ходах для торможения потребуется меньшая сила. В этом важное преимущество колодочных тормозов.
Чтобы уменьшить нагрев тормозов, особенно сильный при длительном буксовании, тормоза иногда принудительно охлаждают. Для этого тормоз заключают в кожух, через который вентилятор прогоняет воздух.
СКОРОСТИ ТАНКА
РАСЧЕТНАЯ СКОРОСТЬ И СИЛА ТЯГИ
РАСЧЕТНАЯ СКОРОСТЬ
Скорость гусениц и сила тяги при определенном числе оборотов коленчатого вала двигателя на данной передаче имеют вполне определенную величину. Чтобы подсчитать скорость, надо разделить число оборотов двигателя на общее передаточное число трансмиссии на данной передаче. Общее передаточное число равно произведению передаточных чисел всех механизмов трансмиссии. Определив таким образом число оборотов ведущих колес, можно определить скорость танка по формуле (6)
v = Qfiblzn.
Скорость, которую имеет танк на той или иной передаче при числе оборотов двигателя, соответствующем его наибольшей мощности, называется расчетной скоростью танка на данной передаче и обозначается v?.
Расчетные скорости обычно приводятся в руководствах, где указывается также, какому числу оборотов двигателя соответствует данная скорость. Иногда в руководствах указываются скорости для оборотов двигателя, соответствующих так называемой эксплуатационной мощности. Эти скорости на 5—10% ниже расчетных.
Зная, в каких пределах изменяется число оборотов двигателя, можно найти наименьшую возможную скорость танка на данной передаче. Так, если расчетной скорости 20 км/час соответствует 2000 об/мин коленчатого вала двигателя, а наименьшее устойчивое число его оборотов под нагрузкой 800, т. е. в 2х/г раза меньше, то наименьшая возможная скорость танка на этой передаче будет также в 2г/2 раза меньше, т. е. 8 км/час.
РАСЧЕТНАЯ СИЛА ТЯГИ И УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ
В начале этой главы указывалось, что величина силы тяги определяется формулой (5)
р —0,2—
V
Здесь v — фактическая скорость танка.
Если в эту формулу подставим расчетную скорость vp, то узнаем, какую силу тяги может иметь танк при полном использовании мощности двигателя на данной передаче. Назовем эту силу расчетной силой тяги:
Рр = 0,2-^-. (8)
Расчетной силой тяги называется сила, которая определяется, исходя из работы двигателя на полной мощности при движении танка со скоростью, соответствующей этой мощности, т. е. с расчетной скоростью. Действительная сила тяги на каждой передаче может быть несколько больше расчетной ввиду приспособляемости двигателя к внешней нагрузке. При уменьшенной подаче горючего она будет меньше расчетной.
Величину силы тяги удобнее выражать не через мощность, а через удельную мощность двигателя.
Согласно определению, данному ранее,
где Afy— удельная мощность в л. с./т, G — вес танка в т.
Тогда
Pp = 0,2-^-G. (9)
vp
ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ТАНКА
МАКСИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ
Под максимальной скоростью понимают наибольшую скорость, которую может развить танк на короткое время на ровной горизонтальной дороге.
Максимальная скорость определяется опытным путем. Для этого выбирают ровный прямолинейный участок дороги длиной около 1 км. При испытании измеряется путь и время движения танка. Путь, деленный на время, даст среднюю максимальную скорость. Разгон танка производится до отмеренного участка, а подача горючего за время испытаний поддерживается постоянной, соответствующей максимальной мощности двигателя. Чтобы исключить влияние подъемов и спусков, танк испытывают несколько раз при движении во взаимно противоположных направлениях и берут среднюю величину полученных скоростей.
Так определяется максимальная скорость испытанием. Но величина максимальной скорости может быть примерно определена и путем расчета.
В начале этой главы была определена зависимость между мощностью двигателя, скоростью движения танка и силой тяги: NK = 5Pv. Если танк движется равномерно по горизонтальному участку пути, то
P = R=fG, откуда
ЛГД==5/О^.
Следовательно,
млн
V~ 5/ •
Приняв для хорошей дороги f — 0,06, получим максимальную скорость
Ху
^тах = 5-0,06 ~ S3 Ny
Приближенно можно считать, что максимальная скорость танка (в км/час) на коротком участке хорошей дороги численно равна утроенной удельной мощностидви-г а т е л я (вл. с./т)'.
Посмотрим, что показывают опыты. V
В приведенной на рис. 453 таблице даны значения для ряда iVy
танков, максимальная скорость которых получена из опыта. Из таблицы
V следует, что полученные опытным путем значения для танков раз-/Vy ных весов и удельных мощностей близко подходят к величине полученной путем расчета.
V vtnax _ q
ТС-3,
С Вес танка в т Umax Максимальная скорость в км/час ЫУ Удельная мощность Umax Ny
50,0 15,6 3,2
—► 28,0 8,8 3.2
54,7 16,2 3.4
—► 45,0 13,g 32
32,0 9,7 3,3
61,0 19,7 3,1
7 46,9 15,2 3,1
й 63,8 20,6 3,1
Среднее значение ^£=32 Уу_
Рис. 453. Таблица значений отношения - ™ах-на асфальтированном шоссе
Некоторые танки, имеющие высокую удельную мощность, все же не могут развивать соответствующую этой мощности максимальную скорость: передаточные числа в трансмиссии могут быть подобраны так, что расчетная скорость на высшей передаче окажется ниже возможной.
Максимальную скорость иногда снижают, чтобы уменьшить диапазон скоростей и таким образом сблизить передачи коробки. Сближение передач коробки позволяет получить более высокие средние скорости движения на местности, поскольку именно эти скорости являются важным боевым показателем танка, более существенным, чем его максимальная скорость.
СРЕДНИЕ СКОРОСТИ
Средние скорости — основной показатель маневренности танка; поэтому они представляют наибольший практический интерес.
Установим, что следует понимать под средней скоростью движения танка.
Если танк за 8 часов прошел 120 км, то его средняя скорость будет 120
^ср = — = 15 км/час. Но по этой скорости еще ничего нельзя сказать о ходовых качествах танка.
Действительно, если один из танков имел скорость 15 км/час, а другой 20 км/час, то это еще не значит, что ходовые качества второго танка лучше первого. Надо знать условия движения обоих танков. При движении в колонне скорость танка снижается, вне дорог танку двигаться тяжелее, чем по дорогам, и т. д. Кроме того, надо знать, останавливался ли танк в пути или полученная скорость есть скорость чистого движения. Поэтому общее понятие «средняя скорость» ничего не дает; надо знать, о какой средней скорости идет речь. В связи с этим можно установить следующие средние скорости:
— тактическая скорость, определяемая путем деления пройденного пути на время нахождения машины (колонны машин) в пути, включая время на привалы, остановки (вытягивание и сосредоточение колонны машин);
— эксплуатационная скорость, показывающая, сколько километров прошла машина за один час работы двигателя, с учетом работы его на месте;
— средняя скорость движения, определяемая путем деления пройденного пути на время нахождения машины в движении, исключая время на остановки.
На скорости движения машин оказывают влияние многие показатели. Остановимся на главных из них.
Удельная мощность двигателя. Чем выше удельная мощность, тем выше при прочих равных условиях скорости танка.
Передаточные числа трансмиссии и число передач к о р о б к и. От передаточных чисел и числа передач коробки зависит приспособляемость танка к меняющимся условиям движения.
Легкость управления танком. Чем легче управлять танком, тем чаще механик-водитель переключает передачи, когда это требуется по условиям движения, тем полнее используется мощность двигателя и, следовательно, тем выше-скорости.
Приемистость. Чем более приемист танк, тем скорее он набирает скорость после переключения передач, тем выше средняя скорость движения.
Кроме того, на скорости танка (колонны танков) оказывают влия ние тип и конструкция подвески, а также совершенство си стем охлаждения и смазки двигателя.
Чем мягче подвеска и чем выше плавность хода танка, тем большую скорость может он развивать на неровных участках пути. Более совершенные системы охлаждения и смазки двигателя допускают более длительные перегрузки при движении танка в тяжелых условиях, поэтому реже приходится переходить на низшие передачи.
Наконец, скорости танка (колонны танков) зависят от удобства работы механика-водителя, от условий наблюдения изтанка и от надежности работы всех механизмов и устройств танка.
Различные танки в одних и тех же условиях имеют различные средние скорости движения, величина которых колеблется в довольно широких пределах — от 1/3 до 2/3 максимальной скорости.
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТЕЙ ТАНКОВ
Скорости танка зависят не только от конструктивных особенностей танка, но и от того, насколько правильна его эксплуатация.
Увеличить скорости танков можно оперативно-тактическими и техническими мероприятиями. Так, организация марша, обслуживание танков на марше, порядок движения по дорогам (одностороннее или двухстороннее), связь и т. д. — все это значительно влияет на величину тактической скорости танков.
Из технических мероприятий в первую очередь следует отметить следующие.
При движении танка на дорогах и вне дорог механик-водитель должен уметь максимально использовать мощность двигателя. Опыт показывает, что в действительности мощность двигателя редко используется больше чем на 60%. Это объясняется в первую очередь условиями движения. На дорогах скорость ограничивается встречным движением, совершением марша в колонне, когда невозможно обгонять идущие впереди машины, и т. д. Вне дорог скорость ограничивается подвеской: при слишком большой скорости происходят удары балансиров катков в ограничители. Эти причины, снижающие скорость танка, не зависят от механика-водителя. Однако есть и другие причины, всецело зависящие от пего. Так, например, механик-водитель не всегда обеспечивает работу на тех эксплуатационных оборотах двигателя, которые разрешены соответствующими инструкциями.
На скорости танка оказывает влияние также работа системы охлаждения двигателя. Так, загрязнение сердцевины радиатора снаружи и отложение накипи на внутренних поверхностях системы охлаждения приводят к ухудшению теплообмена системы охлаждения с воздухом и, как следствие, к быстрому перегреву двигателя танка.
Перегрев двигателя в конечном счете приводит к снижению средней скорости движения танка, так как вызывает необходимость включать низшие передачи коробки и замедлять в связи с этим движение танка, пока двигатель не остынет.
На скорость движения влияет регулировка механизмов управления танком. Если неверно отрегулирована величина хода педалей и рычагов управления, механику-водителю труднее управлять танком, он тратит больше энергии, это быстро утомляет его и в конце концов отражается на скорости движения танка.
Таким образом, средние скорости танка зависят как от квалификации механика-водителя, так и от состояния танка. Чем лучше техническое состояние танка и более квалифицированный механик-водитель, тем выше средние скорости танка.
Поэтому надо учитывать, что если в мирное время в период обучения механики-водители и офицеры не овладеют искусством водить танк на высоких скоростях, это приведет к снижению боевой эффективности танка и его маневренности на поле боя.
ПОДВЕСКА
Из ряда механизмов и устройств, которые влияют на скорость движения танка, значительная роль принадлежит подвеске. Скорость танков на местности ограничивается подвеской. Неудивительно поэтому, что конструированию подвески уделяется большое внимание. Чем лучше подвеска, тем выше боевые скорости танка.
Устройство подвески изложено в главе III. Здесь мы рассмотрим некоторые вопросы, связанные с работой подвески.
ЖЕСТКАЯ НЕЗАВИСИМАЯ ПОДВЕСКА
К подвеске относятся детали, соединяющие корпус
танка с его опорными катками.
У первых танков подвеской служили оси катков, жестко прикрепленные к корпусу. Такая подвеска называется жесткой, независи-
s-Центр тяжести
мой, так как каждый каток связан непосредственно с корпусом, независимо от других катков.
Жесткая подвеска передает корпусу все толчки и удары, которые испытывают катки при движении танка по неровностям местности. Сила ударов возрастает с увеличением скорости танка. При наезде на местное препятствие — кочку, бугор — каток поднимается, заставляя через ось подниматься и весь танк. Если жесткая подвеска первых танков и была хоть в какой-то мере пригодна для малых ско-
Рис. 454. Переход танка с жесткой независимой подвеской через препятствие
ростей движения (4— 6 км/час), то она совершенно негодна для современных танков, скорость движения которых в несколько раз выше. При жесткой
подвеске практически невозможно вести наблюдение и стрельбу с хода.
Жесткая подвеска не применяется теперь не только на танках, но даже на тихоходных сельскохозяйственных тракторах. На всех танках применяется только упругая (рессорная) подвеска. Движение танка с жесткой подвеской (рис. 454) рассматривается здесь лишь для того, чтобы облегчить понимание работы упругой подвески.
При наезде передним катком на местное препятствие корпус танка поднимается, поворачиваясь вокруг заднего опорного катка (рис. 454,Л). Если высота препятствия равна Л, то середина корпуса танка и его центр тяжести, расположенный примерно посередине корпуса, поднимутся на высоту, вдвое меньшую, т. е. По мере того как танк продвигается по препятствию вперед, подъем корпуса увеличивается. Он будет наибольшим, когда центр тяжести окажется над препятствием (рис. 454,5).
После того как центр тяжести пройдет препятствие, корпус наклонится вперед (рис. 454, В, Г).
Если наводка пушки танка закончена до наезда на препятствие, а выстрел произведен во время подъема корпуса, будет перелет, а при выстреле во время спуска — недолет. При высоте препятствия 200 мм (небольшой бугор) и длине опорной поверхности танка 4 м корпус при наезде на бугор передним катком наклонится на 3°. На столько же увеличится угол возвышения пушки. При выстреле это может вызвать перелет снаряда на несколько километров.
ЖЕСТКАЯ БАЛАНСИРНАЯ ПОДВЕСКА
Пусть оси катков соединены попарно рычагами (балансирами). Ось балансира укреплена в корпусе танка так, что балансир может поворачиваться на ней. Такая подвеска называется парной балансирной {рис. 455). Предположим, что балансиры равноплечие, а оси их расположены симметрично относительно центра тяжести танка. Тогда при наезде передним катком на препятствие высотой h ось балансира, связанная h
с корпусом, поднимется на половину этой высоты -у, а середина
Центр тяжести
Рис. 455. Переход танка с парной балансирной подвеской через препятствие
Рис. 456. Переход танка со сложной балансирной подвеской через препятствие
корпуса или его центр тяжести — на одну четверть высоты препятствия, т. е. на . При одном и том же значении h угол, на который отклонится корпус танка, уменьшится вдвое по сравнению с жесткой независимой подвеской.
Катки, соединенные балансирами, называют тележкой. Если объединить в тележке четыре катка, связав два малых балансира третьим, большим (рис. 456), то при симметричной подвеске, как видно из схемы, подъем середины корпуса и его наклон уменьшатся по сравнению с независимой подвеской в 4 раза, т. е. при высоте препятствия h центр тя-h жести танка поднимется на о
При неизменной высоте неровности, на которую наезжает танк, угол наклона корпуса и подъем центра тяжести ганка тем меньше, чем больше катков объединено балансирами в тележку. В этом некоторое преимущество балансирной подвески перед независимой. Применение балансиров уменьшает в несколько раз отклонение корпуса танка, а следовательно, и его оружия. Правда, при этом подвеска значительно усложняется, утяжеляется и делается более уязвимой.
РЕССОРНАЯ (УПРУГАЯ) ПОДВЕСКА
Упругость подвески достигается тем, что опорные катки соединяются с корпусом не непосредственно, а через упругие детали — рессоры. От удара молота по чугунной плите плита раскалывается. Но если положить на плиту резину, часть энергии удара пойдет на ее сжатие, удар смягчится, и плита не разрушится. Резиновый бандаж опорного катка предохраняет от повреждений каток и гусеницу. Такую же роль играют рессоры подвески: смягчая удар, они предохраняют детали танка от разрушения.
На танках применяют рессоры чаще всего металлические, реже — резиновые. Металлические рессоры бывают листовые, спиральные, стерж-460
невые. В последнее время большое распространение получили стержневые рессоры (см. главу III).
Общим для всех рессор, как бы они ни работали (изгибались, закручивались, сжимались, т. е. так или иначе деформировались), является одно: они воспринимают энергию удара, которая в жесткой подвеске расходовалась бы главным образом на разрушение корпуса и катков танка. При упругой подвеске эта энергия тратится на деформацию рессор.
Упругая подвеска, так же как и жесткая, может быть независимой и балансирной. При независимой подвеске каждый каток связан с корпусом танка независимо от других катков, но, в отличие от жесткой подвески, не непосредственно, а через рессору, например стержневую. При балансирной подвеске катки объединяются в тележки, причем рессору ставят между балансиром и корпусом или между балансирами, если в тележке их несколько.
Если часть катков объединена в тележки, а часть соединена с корпусом поодиночке, подвеска называется смешанной.
ХАРАКТЕРИСТИКА РЕССОРЫ
Для оценки и сравнения различных рессор пользуются их характеристиками. Характеристика — это выраженная графически зависимость между силой Р, приложенной к рессоре, и ее прогибом под действием этой силы или зависимость между моментом, закручивающим рессору, и углом закрутки (для стержневых рессор). Величину сжатия или прогиба рессоры называют стрелой прогиба и обозначают буквой f.
Чем больше сжата рессора под действием одной и той же силы, тем она мягче. Если сила 100 кг сжимает одну рессору на 1,5 см (рис. 457), а другую на 0,5 см (рис. 458), то первая рессора мягче второй. Жесткость рессоры определяется наклоном ее характеристики. Для более жесткой рессоры характеристика круче, так как одним и тем же нагрузкам соответствуют меньшие стрелы прогиба. Таким образом, наклон характеристики дает возможность оценивать жесткость рессоры.
Характеристики бывают весьма разнообразны. Если сжатие рессоры — ее стрела прогиба — увеличивается прямо пропорционально
Стрела прогиба- fсм
Рис. 457. Характеристика мягкой рессоры
Рис. 458. Характеристика жесткой рессоры
Рис. 459. Характеристика конической
рессоры
Рис. 460. Характеристика двойной
рессоры
увеличению действующей на рессору силы, то характеристика изображается прямой линией (линейная характеристика). Такую характеристику имеют листовые, цилиндрические спиральные и стержневые рессоры.
Характеристика может быть и не линейной, если при изменении нагрузки стрела прогиба меняется по-разному. Такая характеристика представляет собой кривую линию (рис. 459). Криволинейную характеристику имеют стальные конические (спиральные), а также резиновые рессоры. Криволинейной будет и характеристика пневматической рессоры, в которой роль пружины играет сжатый воздух, действующий на поршень, связанный с катком. Характеристика двух цилиндрических спиральных рессор, из которых одна помещена внутри другой так, что при небольшой нагрузке сжимается только одна из них, а при большой — обе, имеет вид двух прямых линий с разными углами наклона. Общая характеристика получается в виде ломаной линии (рис. 460).
ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДВЕСКИ
Если рессора установлена непосредственно над осью катка, перемещающейся только вертикально, на нее действует такая же сила, как на каток, и прогиб рессоры равен перемещению (подъему) катка. Графи-
ческая зависимость между силой, действующей на каток, и величиной перемещения, вызванного этой силой, называется характеристикой подвески; эта зависимость в данном случае такая же, как характеристика самой рессоры, т. е. обе характеристики совпадают.
Если же между катком и рессорой находится рычаг (балансир), нагрузки на каток и его перемещения отличаются от нагрузок и стрел прогиба рессоры. Следовательно, характеристики подвески и рессоры будут различны. На рис. 461 показаны две характеристики: прямой линией — характеристика рессоры,
кривой — характеристика подвески. Подвеска и рессора имеют разную жесткость, причем жесткость подвески вначале велика, затем, постепенно' уменьшаясь, становится почти неизменной (прямолинейный участок)., а при большом поднятии катка жесткость снова увеличивается. Это происходит вследствие того, что с изменением угла наклона рычага меняются плечи сил, действующих на каток и рессору.
Характеристика танковой подвески не должна быть прямолинейной. Если характеристика очень крутая (подвеска жесткая), танк испытывает сильную тряску на незначительных неровностях даже на хорошей дороге. При слишком пологой характеристике и, следовательно, очень мягкой подвеске рессора на значительных неровностях сожмется полностью и рычаг катка будет ударять об ограничитель (см. рис. 461). Поэтому желательно, чтобы характеристика подвески была криволинейной: пологой в начале сжатия рессоры и крутой в конце. Тогда при наезде катков танка на небольшие неровности дороги рессоры легко сжимаются и танк не испытывает тряски. В случае движения вне дорог, когда преодолеваются большие препятствия, перемещения катков будут велики, но при больших перемещениях подвеска становится жестче, и вероятность удара рычага об ограничитель уменьшается.
На грузовых автомобилях подвеска часто состоит из двух рессор, вступающих в работу последовательно. Когда автомобиль идет порожняком, работает одна рессора, подвеска в этом случае мягкая. При нагруженнОхМ кузове работают обе рессоры, и подвеска становится более жесткой. Характеристика такой подвески изображается в виде ломаной линии (см. рис. 460).
Почти все танки имеют в сущности такую же подвеску, только вторая рессора заменена в них очень жестким резиновым буфером. Буфер представляет собой толстый кусок резины (иногда несколько резиновых пластин, соединенных вместе), прикрепленный к корпусу танка. При полном сжатии стальной рессоры рычаг катка нажимает на резину, при этом удар рычага о корпус ослабляется. Резиновый буфер ограничивает подъем катка, ввиду чего его часто называют ограничителем.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ МЕЖДУ КАТКАМИ
Возьмем жесткий, непрогибающийся брус весом 6 т и установим его на четырех опорах одинаковой жесткости. Тогда на каждую из опор будет приходиться четверть веса бруса, т. е. 1,5 т (рис. 462, вверху слева).
Установим тот же брус на четырех пружинах различной жесткости. Допустим, что две средние пружины более жесткие и под действием силы в 1 т сжимаются на 1 см, а две крайние более мягкие и сжимаются при той же нагрузке на 2 см.
Под тяжестью бруса все пружины сожмутся на одинаковую величину, допустим на 2 см. При этом две крайние пружины, как более мягкие, будут сжаты силой по 1 т каждая, две средние — силой по 2 г каждая (рис. 462, вверху справа), а общая нагрузка останется прежней — 6 т. Таким образом, нагрузка на опоры зависит не только от веса бруса, но и от жесткости его рессор. Нагрузка распределяется неравномерно и в том случае, когда все рессоры имеют одинаковую жесткость, но разную длину. Так, например, если средние рессоры более длинные, при установке бруса они начнут сжиматься раньше, чем короткие, и нагрузка на них будет больше, чем на крайние рессоры.
6т
/Л некая
Рессоры одинаковой местности
1
Равномерное распределение
нагрузки
Местная
нагрузки
Рис. 462. Распределение нагрузки между катками в зависимости от жесткости рессор
Неравномерно распределена нагрузка в подвеске танка и тогда, когда жесткость или длина рессор его катков различна. Подбором рессор можно добиться, чтобы вес танка распределялся между катками равномерно или неравномерно (рис. 462, внизу). Кроме того, распределение
Плечи балансиров равные
Рис. 4S3* Распределение нагрузки между катками в зависимости от соотношения плеч балансиров подвески
нагрузок зависит от расстояния между катками.
Одинаковое распределение нагрузки обеспечивает равномерность давления гусениц на грунт и, следовательно, увеличивает проходимость танка на мягких грунтах. Кроме того, при равномерном распределении нагрузки все катки работают в одинаковых условиях и резина опорных катков не перегружается.
При балансирной подвеске различное распределение нагрузки на катки достигается подбором плеч балансиров (рис. 463). Так, если плечо наружного катка вдвое больше, чем внутреннего, нагрузка на наружный каток будет в 2 раза меньше, чем на внутренний.
Таким образом, имеется возможность распределять нагрузку между опорными катками так, как это наиболее выгодно.
ПРОЧНОСТЬ И РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ПОДВЕСКИ
Прочность подвески зависит от прочности ее деталей, жесткости рессор и от величины энергии, поглощаемой рессорами при полном сжатии. Чем больше энергия сжатия рессор, тем меньше вероятность разрушения подвески, так как большая часть энергии, полученной при ударе, пойдет на сжатие рессор.
Энергия, которую может поглотить рессора, равна работе, затраченной на сжатие рессоры. Работа, в свою очередь, равняется силе, умноженной на путь, т. е. на стрелу прогиба рессоры.’ Работа, затраченная на сжатие рессоры, равна работе силы, перемещающей каток, так как работа вертикального перемещения катка по отношению к корпусу переходит в работу сжатия пружины; поэтому, подсчитывая энергию рессоры, можно определить ее не по характеристике рессоры, а по характеристике подвески, т. е. по зависимости между силой, действующей на каток, и вертикальным перемещением катка.
Сила, действующая на каток, не остается постоянной, она растет по мере подъема катка. Чтобы приближенно, а для линейных характеристик точно определить работу сжатия рессоры, надо взять среднюю величину силы, т. е. половину наибольшей силы Ры, и умножить ее на подъем катка. Тогда работа сжатия рессоры будет равна
Это произведение равно площади заштрихованного треугольника на рис. 464, А. Действительно, площадь треугольника равна половине произведения основания на высоту. Основание заштрихованного треугольника равно подъему катка fH, высота — наибольшей силе значит площадь треугольника равна —. Следовательно, пло
щадь, ограниченная характеристикой рессоры и отрезками, соответствующими /н и Рн, выражает энергию, которую может запасти рессора при полном ее сжатии.
Какую бы форму ни имела характеристика, энергия рессор подвески может быть определена по площади, ограниченной с одной стороны линией характеристики, с другой— отрезком горизонтальной оси диаграммы, выражающим fw и с третьей — вертикальным отрезком, соответствующим Рн.
Из рис. 464, Б следует, что жесткая рессора при одинаковой нагрузке Р поглотит меньшую энергию, чем мягкая. Но при одинаковом подъеме катка, т. е. при одинаковой стреле прогиба f (рис. 464, В), жесткая рессора поглотит больше энергии, чем мягкая. Вот почему в случае мягкой подвески удары в ограничитель будут более частыми, чем при жесткой.
Когда жесткость подвески слишком велика, создаются большие перегрузки ходовой части, что может вызвать разрушение ее деталей. Поэтому чрезмерно жесткой подвеску также нельзя делать. Подвеска с криволинейной характеристикой, более пологой в начале сжатия рессоры и более крутой в конце (рис. 464, В), по запасу энергии занимает промежуточное положение между подвесками с линейными характеристиками, показанными на том же рисунке.
Когда известна энергия удара, который получит танк при наезде на то или иное препятствие, можно определить, насколько опасно для него это препятствие. Если вся или большая часть энергии израсходуется на деформацию рессор, удар не вызовет разрушений. Но если значительный «излишек» энергии удара не будет поглощен рессорами, он пойдет на разрушение ходовой части ганка, креплений его механизмов и т. д.
Рис. 464. Площадь, ограниченная характеристикой, определяет работоспособность подвески
Допустим, что танк падает с некоторой высоты. Он обладает запасом энергии, равным весу танка G, умноженному на высоту падения к;
W=/iG,
где W — запас энергии падающего танка.
Если всю эту энергию поглотят рессоры, удар безопасен. Зная величину энергии, которую поглотят рессоры до упора всех рычагов в ограничители, можно определить высоту безопасного падения танка.
Пусть 1Е0 — энергия, поглощаемая всеми рессорами от свободного состояния до полного сжатия при упоре в ограничители; падение безопасно, если W U^o или hG^WQ.
W
Следовательно, наибольшая высота безопасного падения будет h = *
Величину h называют работоспособностью подвески; она выражает отношение полной энергии всех рессор WQ к весу танка. По работоспособности удобно сравнивать различные подвески.
Для разных танков высота безопасного падения различна. У танков с независимой подвеской она не превышает 40 см, с балансирной — 20 см. Следовательно, при падении с высоты 1 м рессоры могут поглотить в независимых подвесках до 40% энергии падения, в балансирных— до 20%. Часть энергии удара воспримет резина катков, часть — резина ограничителей, часть пойдет на смятие грунта, а остальная энергия — на деформацию деталей ходовой части.
Чем меньше работоспособность подвески, тем меньшая скорость движения танка допустима на местности, так как больше вероятность ударов рычагов (балансиров) катков в ограничители подвески; следовательно, малая работоспособность подвески ограни-чивает скорость движения танка на местности.
РАСХОД ГОРЮЧЕГО И ЗАПАС ХОДА
РАСХОД ГОРЮЧЕГО
Подвижность танка определяется не только его скоростными качествами, но и дальностью его действия, запасом хода. В свою очередь, запас хода танка определяется количеством горючего и масла, вмещающихся в его баках, а также тем, насколько быстро расходуется горючее и масло. Экипаж танка должен уметь рассчитывать запас хода своего танка в зависимости от конкретных условий, в которых танку придется действовать. При одном и том же количестве горючего в баках танк может пройти большее или меньшее расстояние. При движении танка в отрыве от своих баз снабжения (например, при действиях в тылу противника) расчет запаса хода имеет особенно большое значение.
В этом разделе приведены некоторые данные, необходимые для определения запаса хода танка.
УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ГОРЮЧЕГО
Расход горючего в двигателе внутреннего сгорания зависит от многих факторов. Главными из этих факторов являются: тип двигателя — дизель или карбюраторный; устройство двигателя — форма камеры сжатия, степень сжатия и т. д.; регулировка — например, подбор жиклеров, установка опережения зажигания (для карбюраторного двига-466
теля) или впрыска горючего (для дизеля) и пр. Кроме того, расход горючего при эксплуатации зависит от степени изношенности двигателя, от числа оборотов, на которых он работает, и от мощности, которая
а потом начинает возрастать.
Рис. 465. Зависимость удельного расхода горючего от числа оборотов двигателя, работающего с полной нагрузкой
Иначе обстоит дело, если двигатель работает не на полной мощности, т. е. с неполной подачей горючего. В этом случае с уменьшением мощности удельный расход горючего резко увеличивается.
На рис. 466 показана кривая зависимости удельного расхода горючего от степени использования мощности двигателя в пределах рабочих оборотов двигателя. В обычных условиях эксплуатации используется 40—70% мощности танкового двигателя. В этом случае удельный расход горючего превышает наименьший в 172 — 2 раза; поэтому чем полнее используется мощность двигателя, тем экономнее расходуется горючее.
Рис. 466. Зависимость удельного расхода горючего от используемой мощности (заштрихованный участок соответствует обычно используемой мощности двигателя)
РАСХОД ГОРЮЧЕГО НА 1 км ПУТИ. РАСХОД ГОРЮЧЕГО ЗА 1 ЧАС РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
В эксплуатации расход горючего указывают или на 1 км пути или за 1 час работы двигателя.
В первом случае это дает возможность определить запас хода танка, во втором—время, которое проработает двигатель на данном запасе горючего.
Двигаясь и преодолевая сопротивление грунта, танк совершает работу. Чем больший путь прошел танк и чем больше сопротивление его движению, тем большая работа будет совершена и тем больше горючего потребуется на эту работу. Расход горючего на 1 км почти не зависит от мощности двигателя, установленного на танке.
Действительно, из двух танков одинакового веса тот танк, на котором более мощный двигатель, будет иметь и более высокую удельную мощность; но чем выше удельная мощность, тем больше скорость танка, тем меньше времени на данном участке пути (например, на 1 км) проработает двигатель. Расход горючего для обоих танков будет примерно одинаков.
Если мощность двигателя используется неполностью, удельный расход горючего возрастает (см. рис. 466). Правда, при этом общий расход может и не увеличиться или увеличится не намного, так как для того, чтобы двигатель развил меньшую мощность, требуется меньше горючего.
Таким образом, расход горючего на 1 км пути зависит от совершенной танком работы по преодолению сопротивления движению и от степени использования мощности двигателя.
Работа, затраченная на преодоление сопротивления движению, равна силе сопротивления движению, умноженной на путь, который проходит танк: W — RS; для горизонтального участка пути R = /G; в нашем случае (для определения расхода на 1 км) S= 1 км. Тогда работа W = fG.
Следовательно, работа зависит от качества и состояния грунта, характеризуемых коэффициентом /, и веса танка G.
Расход горючего на 1 км пути может быть выражен следующей формулой:
где qK — расход горючего на 1 км пути в л;
G — вес танка в т;
пк—опытный коэффициент, характеризующий, в отличие от коэффициента /, не только грунт, по которому движется танк, но и степень использования мощности двигателя.
Перейдем теперь к определению расхода горючего за 1 час работы двигателя.
Расход за 1 час работы уже не зависит от грунта. Для работы двигателя коэффициент сопротивления грунта, по которому движется танк, не имеет значения. Расход горючего в данном случае зависит только от времени, в течение которого работает двигатель, и мощности, которую он при этом развивает. Правда, на работу двигателя здесь влияют дорожные условия, так как степень использования мощности двигателя в конечном счете зависит от дорожных условий. Например, на ухабистых дорогах, вынуждающих снижать скорость движения, мощность двигателя будет использоваться хуже, чем на ровных. На снежной целине мощность двигателя может использоваться полнее, чем на асфальтовом шоссе, где встречное движение, обгоны и повороты могут потребовать значительного снижения скорости движения. Таким образом, расход горючего за 1 час работы зависит от мощности двигателя, степени ее использования, определяемой главным образом дорожными условиями, а также от устройства танка.
Часовой расход можно выразить формулой
Яч ПЧ^Д.9
где Яч—часовой расход горючего в л;
Лд —полная мощность двигателя в л. с.\
пч — опытный коэффициент, характеризующий степень использова-
ния мощности двигателя.
Расход горючего на 1 км пути и за 1 час работы зависит, кроме того, от типа двигателя (дизель или карбюраторный) и от степени его изношенности.
На рис. 467 и 468 приведены данные по расходу горючего для дизеля и для карбюраторного (бензинового) двигателя.
Из приведенных данных следует, что расход горючего на 1 км пути в значительной мере зависит от дорожных условий. Так, для дизеля при постоянном расходе горючего за 1 час (35 л) расход горючего на 1 км пути изменяется от 1,69 л (на шоссе) до 2,24 л (при движении на местности). Карбюраторный двигатель по расходу горючего более чувствителен к изменению дорожных условий, чем дизель. Это объясняется тем, что с изменением нагрузки удельный расход горючего (расход на 1 л. с. в час) у карбюраторного двигателя изменяется в большей степени, чем
Дорожные условия Расход горючего в л 1ч пч
На 1км nymuq,, На1час работы^
Бультно-^*"^^^^^^ щебенчатое % & ( шоссе J 1,69 35 0,085 0,180
Тяжелая^1^^^^^^^^^ проселочная дорога 2,01 35 0,100 0,180
2,24 35 0,111 0,180
Рис. 467. Данные о расходе горючего для танка весом 20 т при мощности двигателя 194 л. с. (дизель)
у дизеля.
Сравнивая данные обоих двигателей (рис. 467 и 468), мы видим, что карбюраторный двигатель по сравнению с дизелем расходует горючего примерно на 30—40% больше.
Коэффициенты расхода горючего п* и пч характеризуют экономичность танка, поэтому важно знать их величины, полученные опытным путем. Коэффициент пк
показывает расход горючего в литрах на одну тонну веса танка при движении его на 1 км, или л/т-км. Коэффициент пч показывает расход горючего в литрах на 1 л. с. полной мощности двигателя за 1 час работы, или 6 л/л. с. ч.
Приближенно можно принять следующие значения коэффициентов расхода за 1 час работы двигателя:
— для дизеля пч = 0,10—0,15;
Дорожные условия Расход горючего в л Пк ч
На 1км nyruqH Hal час работы ч
щебенчатое шоссе 2,15 75 0,097 0,250
Тяжелая проселочная дорога 2,80 70 0,127 0,234
' Местност 3,35 67 0,152 0,224
Рис. Данные о расходе горючего для танка весом 22 т при мощности двигателя 300 л. с. (карбюраторный двигатель)
— для карбюраторного двигателя лч = 0,15— 0,20.
Таким образом, общая формула часового расхода горючего будет: для дизелей q4 = (0,10 — 0,15) Л^д;
для карбюраторных двигателей q4 = (0,15 — 0,20) где q4—в л/час, N*—в л. с.
РАСХОД МАСЛА
Расход масла зависит не столько от устройства двигателя и его системы смазки, сколько от степени изношенности двигателя.
Опыт эксплуатации показывает, что в разных танках расходуется различное количество масла. В среднем расход масла составляет 1—4% от расхода горючего на 1 км пути или за 1 час работы двигателя.
В изношенных двигателях масла расходуется иногда до 7% и более от расхода горючего.
ЗАПАС ХОДА ТАНКА
Запас хода танка, т. е. количество километров, которое он может пройти без дозаправки,— один из важных боевых показателей танка. Так как в разных дорожных условиях расходуется различное количество горючего, то запас хода танка зависит от дорожных условий. Запас хода танков при движении по шоссе больше, при движении вне дорог — меньше. Запас хода определяется опытным путем, при испытании танка.
Иногда запас хода определяют в часах работы двигателя. Он составляет примерно 6—10 часов работы двигателя.
Чем больше запас хода танка, тем больше радиус его действия. Особенно важно иметь большой запас хода, когда танки отрываются от своих баз снабжения, например при глубоких рейдах по тылам противника, при развитии прорыва и т. д.
Ограниченность места в танке не позволяет без ущерба для других боевых качеств танка повышать его запас хода, поэтому экономия горючего и особенно использование в танках наиболее экономичных двигателей внутреннего сгорания (дизелей) приобретают огромное значение. Как мы видели выше, применение дизеля дает значительную экономию в расходе горючего и повышает запас хода танка примерно на 20—30%.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПОВОРОТЛИВОСТЬ
Одно из важнейших боевых свойств, определяющих маневренность танка, — его поворотливость. От поворотливости в большой степени зависит средняя скорость танка, а также его неуязвимость и огневая мощь. Чем поворотливее танк, тем меньше возможность поражения его огнем противника и тем лучше можно использовать его огневые средства. Хорошая поворотливость обеспечивает возможность танку маневрировать в наиболее сложных условиях боя: в случае преодоления укрепленных полос, при действиях в горах, в населенных пунктах.
Поворотливость оценивается угловой скоростью поворота, т. е. углом, на который танк может повернуться в единицу времени (в секунду), и наименьшим радиусом поворота. От угловой скорости зависит быстрота поворота; наименьший радиус характеризует способность танка менять курс своего движения в узких проходах. Поворотливость гусеничной машины гораздо выше поворотливости колесной именно потому, что минимальный радиус поворота гусеничной машины во много раз меньше минимального радиуса поворота колесной машины. Поэтому танки могут маневрировать там, где не могут маневрировать автомобили (например, в лесу). В этом смысле от поворотливости зависит и проходимость танка.
В настоящей главе рассматриваются условия поворота танка, силы, действующие на него при повороте, и особенности передачи мощности при повороте. Рассмотрение этих вопросов позволяет выяснить, каким требованиям должны удовлетворять механизмы поворота танка, и сравнить различные механизмы.
ПОВОРОТ ТАНКА
РАДИУС ПОВОРОТА И УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ
Для поворота танка нужно, чтобы его ведущие колеса вращались с разным числом оборотов. В этом случае с разной скоростью будут двигаться и гусеницы. Гусеница, имеющая при повороте большую скорость, называется забегающей, меньшую — отстающей. Танк поворачивается в сторону отстающей гусеницы.
Крутизна поворота танка определяется радиусом окружности, которую описывает точка, лежащая на пересечении продольной и поперечной осей опорной поверхности забегающей гусеницы. Этот радиус называется радиусом поворота танка, а центр окружности — центром поворота.
Радиус поворота зависит от соотношения скоростей забегающей и отстающей гусениц. При вращении гусениц в одну и ту же сторону танк будет поворачиваться тем круче, чем меньше скорость отстающей гусеницы по сравнению со скоростью забегающей.
Наименьший возможный для гусеничной машины радиус поворота получается при вращении гусениц в разные стороны с одинаковой скоростью. В этом случае центр поворота находится между гусеницами на равном расстоянии от каждой из них, а радиус поворота равен половине ширины колеи танка (рис. 469, А).
Если отстающая гусеница неподвижна, танк поворачивается вокруг нее; тогда радиус поворота равен ширине колеи В (рис. 469, Б). Наконец, если отстающая гусеница вращается в ту же сторону, что и забегающая, радиус поворота больше ширины колеи (рис. 469, В). При равных скоростях обеих гусениц танк движется прямо.
Каждый танк имеет свой наименьший радиус поворота, величина которого зависит от устройства механизмов поворота. Как уже указывалось, наименьший радиус характеризует способность танка маневрировать в узких проходах.
Рис, 469. Различные радиусы поворота тапка
Рис, 470. п?м меньший радиус поворота может иметь танк, тем он поворотливее
Теоретический радиус поворота без учета юза и буксования R -В
Скорость юза отстающей гусеницы
Центр поворота»
Радиус поворота с учетом
юза отстающей гусени-
цы
м
Скорость-отстающей гусеницы
Скорость ^забегающей гусеницы с учетом её буксования
Действительный радиус*поворота танка с учетом юза отстающей и буксования забегающей гусениц
Рис. 471. Влияние буксования и юза гусениц на радиус поворота танка
На рис. 470 показаны три танка, имеющих разные наименьшие радиусы поворота. Различна и их поворотливость. Если танк, изображенный в верхней части рисунка, может повернуться на 90° с нескольких заездов, то танк, показанный посередине, имеющий меньший радиус поворота, должен предварительно принять вправо и потом уже двигаться по нужному ему курсу; танк, показанный в нижней части рисунка, может повернуться с одного заезда.
Рис. 472. Различные угловые скорости поворота танка
У большинства танков наименьший радиус поворота теоретически равен ширине колеи В, При этом предполагается, что отстающая гусеница полностью заторможена и скорость ее равна нулю (рис. 471, А). В действительности это неосуществимо. При полностью затянутом тормозе отстающая гусеница движется юзом, т. е. ее опорная ветвь не лежит на грунте неподвижно, а проскальзывает вперед, в сторону движения танка. Поэтому центр поворота танка находится не под серединой отстающей гусеницы, а смещен за ее наружный край, как это показано на рис. 471,5. Действительный радиус поворота будет поэтому больше ширины колеи. Иногда действительный радиус больше теоретического на 30—50%, т. е. наименьший радиус равен 1,3—1,5 В.
Если тормоз затянут не полностью, действительный радиус поворота оказывается больше теоретического не только вследствие юза заторможенной гусеницы. На радиус поворота оказывает влияние еще и буксование забегающей гусеницы. Опорная ветвь этой гусеницы смещается (сползает) назад, в силу чего уменьшается скорость гусеницы. Как это влияет на величину радиуса поворота, можно понять из рис. 471, В.
Итак, мы рассмотрели первую величину, характеризующую поворотливость танка, — его радиус поворота.
Вторая величина, определяющая поворотливость танка,— это угловая скорость поворота. На рис. 472 танк, показанный слева, поворачивается за одно и то же время на больший угол, чем танк, показанный справа, т. е. угловая скорость первого танка выше, чем второго. Для того чтобы правый танк повернулся на такой же угол, как и левый танк, потребуется больше времени. Следовательно, поворотливость правого танка хуже.
Наибольшая угловая скорость танка равна 45—60° в секунду. Это значит, что на 90° танк может повернуться за 1,5—2 секунды, а изменить курс движения на обратный путем разворота на 180° за 3—4 секунды. 474
Особенно велико значение угловой скорости поворота для самоходно-артиллерийских установок, так как у них маневр огнем обеспечивается только маневром гусеницами, т. е. поворотливостью.
Из рис. 471 нетрудно установить, что буксование забегающей и юз отстающей гусениц при повороте не только увеличивают радиус, но и уменьшают угловую скорость поворота.
КАК ПРОИСХОДИТ ПОВОРОТ РАВНОМЕРНЫЙ И НЕРАВНОМЕРНЫЙ ПОВОРОТ
В главе VIII было показано, что при равномерном прямол-инейно-м
движении танка сила тяги должна равняться силе сопротивления дви-
жению. В этом случае танк движется с постоянной скоростью, которую
он приобрел в период разгона.
При повороте движение танка определяется скоростями обеих гусе-
ниц — забегающей и отстающей. Если скорость гусениц условно изобразить стрелками, как это показано на рис. 473, и приложить эти стрелки к серединам гусениц, то графически легко представить, как происходит поворот танка. При скоростях v2=Vj (рис. 473, Л) танк движется прямолинейно. При уменьшении скорости отстающей гусеницы (рис. 473, Б и В) центр поворота (точка О) приближается к танку, танк поворачивается со все уменьшающимся радиусом. Если полностью затормозить отстающую гусеницу (рис. 473, Г), танк будет поворачиваться вокруг заторможенной гусеницы, причем радиус поворота будет равен ширине колеи танка В (юз не учитывается). При вращении гусениц в разные стороны (рис. 473, Д) радиус поворота равен поло-В вине ширины колеи -у-.
Допустим, что движущийся танк должен начать поворот. Для этого отъединяют отстающую гусеницу и тормозят ее. Полагаем, что при этом скорость забегающей гусеницы (v2) не меняется. По мере притормаживания отстающей гусеницы радиус поворота танка постепенно уменьшается. Если скорость v2 остается постоянной, то с уменьшением ра-
диуса поворота угловая скорость танка увеличивается. Наибольшая угловая ско-
. В
рость будет при повороте с радиусом — (рис. 473, Д).
При прямолинейном движении скорость движения танка изменяется только в том случае, когда сила тяги больше или меньше силы сопротивления движению. Если сила тяги больше силы сопротивления, скорость танка увеличивается, если меньше —
Рис. 473. Зависимость радиуса поворота танка от скорости отстающей гусеницы
уменьшается. Когда сила тяги равна силе сопротивления, танк движется равномерно. Подобное же явление происходит при повороте; так как танк поворачивается под действием пары сил, то, если момент этой пары больше момента сопротивления (см. ниже), угловая скорость поворота увеличивается. Сильнее притормаживая отстающую гусеницу и увеличивая поворачивающий момент, снижают скорость гусеницы и тем самым уменьшают радиус поворота и увеличивают угловую скорость поворота танка. При изменении радиуса поворота танк поворачивается не по окружности, а по закручивающейся спирали (рис. 474). Такой поворот называется неравномерным. При неравномерном повороте центр поворота
Рис. 474. Неравномерный поворот по спирали с переменным радиусом
Рис. 475. Равномерный поворот по окружности с постоянным радиусом
не остается на месте, как при равномерном повороте с постоянными скоростями и постоянными радиусами (рис. 475), а перемещается, как и танк, по закручивающейся спирали.
Если уменьшить торможение отстающей гусеницы, ее скорость возрастет, и радиус поворота увеличится. Танк будет двигаться по раскручивающейся спирали. Если совсем перестать притормаживать отстающую гусеницу, ее скорость увеличится настолько, что танк станет двигаться почти прямолинейно.
Практически равномерный поворот совершается редко, так как трудно допустить, что силы и пары сил, поворачивающие танк, в точности равны силам и парам, сопротивляющимся его повороту. Как правило, танк поворачивается неравномерно, и только для удобства рассмотрения явлений, происходящих при повороте, допускают, что поворот происходит равномерно, т. е. по окружности, и с постоянной скоростью.
СИЛА ИНЕРЦИИ ПРИ ПОВОРОТЕ
Если скорость танка перед началом поворота достаточно велика, поворот значительно облегчается благодаря силе инерции прямолинейного движения. Эта сила появляется в момент торможения отстающей гусеницы вследствие уменьшения скорости танка. Сила инерции приложена к центру тяжести танка и направлена в сторону движения танка (рис. 476). Сила инерции может быть использована как поворачивающая сила, когда на забегающей гусенице нельзя создать силу тяги. Если одна из гусениц сбита в бою, танк все же можно вывести из-под огня противника, используя оставшуюся гусеницу. При уводе танка в сторону его «выравнивают», резко притормаживая гусеницу.
Величина силы инерции зависит от резкости торможения. Чем резче затормозить гусеницу, тем больше будет сила инерции. Продолжительность действия силы инерции зависит от величины живой силы танка,
Рис. 476, Сила инерции при повороте
которая тем больше, чем выше скорость танка; поэтому силу инерции используют на высших передачах, быстро затягивая тормоз на короткое время и обеспечивая таким образом поворот на небольшой угол.
УСТОЙЧИВОСТЬ ПОВОРОТА
Хотя поворот с неизменным радиусом приходится производить сравнительно редко, тем не менее в ряде случаев бывает необходимо, чтобы танк поворачивался точно по кривой заданного радиуса, не отклоняясь от нее. Особое значение это имеет при маневрировании в узких проходах. Поворот танка при соблюдении этого условия называется устойчивым.
Выше мы видели, что для изменения радиуса поворота приходится менять затяжку тормоза. Но и при постоянной затяжке радиус может измениться, если, например, изменится сопротивление грунта. Тогда механик-водитель должен будет найти новое положение рычага управления, при котором можно сохранить прежний радиус. Устойчивым поворот будет лишь в том случае, когда тормоз затянут полностью. Теперь скорость отстающей гусеницы не может меняться; если поддерживать постоянной и скорость забегающей гусеницы, радиус поворота будет неизменным.
Правда, на радиус поворота и в этом случае должно влиять проскальзывание (буксование и юз) гусениц. Но опыт показывает, что на одном и том же грунте величина буксования и юза в течение поворота практически не меняется, т. е. эти явления не скажутся на устойчивости поворота.
Для устойчивого поворота, таким образом, характерно постоянное отношение скоростей отстающей и забегающей гусениц, поддерживаемое механизмом поворота. Если поворот неустойчивый, скорость отстающей гусеницы меняется самопроизвольно при изменении сопротивления; поддерживать постоянной ее скорость можно лишь посредством изменения силы затяжки тормоза.
Применяемые на танках механизмы поворота обеспечивают устойчивый поворот не на всех радиусах. Число радиусов, на которых возможен устойчивый поворот, является показателем оценки механизмов поворота по устойчивости. Как мы увидим ниже, танк с бортовыми фрикционами имеет один устойчивый радиус поворота; танк
с двухступенчатым планетарным механизмом поворота имеет два устойчивых радиуса поворота; танк с электротрансмиссией не имеет ни одного устойчивого радиуса, поэтому там требуется постоянно регулировать поворот.
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ТАНК ПРИ ПОВОРОТЕ
При прямолинейном движении танка силы тяги, приложенные к обеим гусеницам, направлены вперед. При повороте же танка нужно, чтобы эти силы были направлены в противоположные стороны, т. е. необходимо создать на забегающей гусенице силу тяги, направленную вперед, а на отстающей — тормозную силу, направленную назад (рис. 477).
Рис. 477. Сила тяги и тормозная сила создают пару сил, поворачивающую танк
Другими словами, для осуществления поворота танка необходимо приложить к нему пару сил. Расстояние между силами (плечо пары) равно ширине колеи танка В\ поэтому момент пары М, поворачивающей танк, равен
М = РВ.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОВОРОТУ
Пара сил, создаваемая на гусеницах, необходима для преодоления сопротивления повороту. Характер этого сопротивления иной, чем при прямолинейном движении, поскольку гусеницы, продолжая перекатываться, кроме того, поворачиваются. Чтобы ясно представить себе, что происходит в этом случае, рассмотрим поворот отдельной гусеницы (рис. 478).
Пусть опорная ветвь гусеницы поворачивается вокруг своего центра (положение Д). Передняя половина опорной ветви гусеницы движется вправо, задняя — влево, причем звенья смещаются вбок. При повороте сила трения звеньев о грунт и противодействие грунта разрушению будут создавать сопротивление повороту. Величина его зависит от силы, прижимающей траки к грунту, характера самого грунта и устройства гусеницы.
Силу сопротивления повороту можно определить, если знать коэффициент сопротивления повороту р*. Определяемый опытным путем, этот коэффициент показывает, какая связь существует между силой, прижимающей звенья к грунту, и сопротивлением при повороте, подобно тому как коэффициент f показывает эту связь при прямолинейном движении. Если звено прижато к грунту силой Q, сила сопротивления будет равна p-Q (рис. 478,5).
Силы сопротивления действуют на каждое звено опорной ветви гусеницы. Эти силы можно заменить их равнодействующей. Из рис. 478, Л видно, что равнодействующие сил сопротивления, действуя на переднюю и заднюю половины гусениц, создают пару сил, препятствующую повороту гусеницы танка.
С 4 .
Сила, прижимающая звено к грунту
Направление движения к ч звена при повороте
Q
Сила сопротивления к грунта У)
Б
11Н111НЖ
Силы сопротивления грунта
Равнодействующая сил , сопротивления задней части гусеницы^)
Рис. 478. Сопротивление повороту отдельной гусеницы при равномерном распределении веса танка по длине опорной поверхности
Равнодействую -_щая сил сопро-тивления перед' —л ней части ___j гусеницы (¥)
А
Если считать, что вес танка распределяется поровну между обеими гусеницами G и равномерно по их длине, то на каждую из гусениц придется половина веса танка — t
Q
а на половину гусеницы — четверть веса — (рис. 478, В). Величина каждой равно-
действующей составляет поэтому
(рис. 478, Д).
Плечо пары сил равно половине длины опорной поверхности гусеницы, т. е. ~.
Следовательно, момент пары равен
L _ pGL ~4 Г ~ 8
Такой же момент повороту будет
действует на вторую
9 pGL __ pGL
2 “8~ ~ ~Т~
В действительности величина и распределение сил, действующих на гусеницы при повороте, будут иными, чем это показано на рис. 478. В предыдущих рассуждениях предполагалось, что опорная ветвь гусеницы поворачивается вокруг своего центра. На самом деле это не совсем так. Как уже говорилось, опорные ветви проскальзывают по грунту (буксование и юз) и поэтому не только поворачиваются, но и смещаются вперед или назад. Следовательно, опорная ветвь поворачивается вокруг точки, не совпадающей с ее центром. Эта точка называется полюсом поворота опорной ветви (рис. 479). Силы же сопротивления грунта будут уменьшаться от краев опорной ветви к полюсу, как показано на том же рисунке. Чтобы
гусеницу. Общий момент сопротивления
поворота \ \
Силы сопротивления грунта
Рис. 479. Полюс поворота опорной ветви при продольном скольжении не совпадает с центром ветви
Не усложнять исследование явления поворота, в дальнейшем мы не будем принимать эти обстоятельства во внимание» т. е. будем считать, что полюс поворота опорной ветви лежит в ее центре.
СИЛА ТЯГИ И ТОРМОЗНАЯ СИЛА
Чтобы танк повернулся, момент пары РВ (см. рис. 477), поворачивающей танк, должен быть больше момента сопротивления, или, по крайней мере, равен ему, т. е.
по___
откуда
п___
4В ’
Такую величину должны были бы иметь сила тяги на забегающей гусенице и тормозная — на отстающей, если бы гусеницы преодолевали только боковое сопротивление; но при повороте танка каждая гусеница, переназываясь, преодолевает сопротивление качению
я=/-?-’
где /—коэффициент сопротивления качению;
G ----вес, приходящийся на одну гусеницу.
Сопротивление качению на забегающей гусенице направлено против силы тяги, т. е. препятствует повороту. Значит, силу тяги Рч на за-, . fG
бегающей гусенице надо увеличить на величину или
р yGL . fG
** 4В 2 ‘
На отстающей гусенице сила сопротивления качению к направлена в ту же сторону, что и тормозная сила. Она помогает тормозной силе тормозить гусеницу; поэтому тормозная сила Р] на отстающей гусенице
Рис. 480. Силы, действующие на танк при повороте
должна быть уменьшена на ту же величину, т. е.
р pGL fG
' — 4В 2 *
Схема сил, действующих на гусеницы при повороте, показана на рис. 480. Здесь вместо сил сопротивления повороту даны их равнодействующие.
Сила тяги на забегающей гусенице создается двигателем. Чтобы танк повернулся, двигатель должен обеспечить эту силу. Как видно из формулы, сила тяги Р2 при повороте зависит оз веса танка G, длины опорной поверхности Л, ширины колеи В и коэффициентов сопротивления и И /.
Как и при прямолинейном движении, сила тяги должна быть тем
больше, чем тяжелее танк. Но, в отличие от прямолинейного движения, на величину силы тяги при повороте существенно влияют размеры танка, поскольку длина опарной поверхности L зависит от длины танка, а ширина колеи В — от ширины танка.
Чем короче опорная поверхность L и шире колея В, тем меньшая сила тяги требуется от двигателя для поворота, тем легче будет поворачиваться танк.
Для танков отношение ~ находится в пределах 1,1—1,8. При очень больших значениях -g-, например 2,5—3, танк в ряде случаев вообще не сможет поворачиваться, так как сцепление гусениц с грунтом может оказаться недостаточным, и забегающая гусеница забуксует. Действительно, сила тяги по сцеплению Pz для одной гусеницы равна коэффи-циенту сцепления <р, умноженному на половину веса ( ), или (при
ср =0,8) Pc=0,4G; при большом отношении -g- нужная для поворота сила тяги Р2 может оказаться больше силы тяги по сцеплению.
КОЭФФИЦИЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОВОРОТУ И РАДИУС ПОВОРОТА
Коэффициент сопротивления повороту р зависит не только от качества грунта и устройства гусеницы, как коэффициенты f и <р, но и от радиуса поворота танка.
При повороте танка погружающиеся в грунт гусеницы разрушают его своими кромками и шпорами звеньев, а при крутых поворотах на мягком грунте нагребают земляной -вал из срезанного грунта. Чем круче поворот, тем сильнее разрушается грунт и тем больше препятствует повороту танка земляной вал. Значит, при малых радиусах поворота сила сопротивления увеличивается, а следовательно, увеличивается и коэффициент р. При больших радиусах поворота, наоборот, сопротивление уменьшается.
На разных грунтах величина коэффициента р и характер ее изменения в зависимости от радиуса поворота различны. На твердом грунте на звенья гусениц действуют главным образом силы трения, поэтому коэффициент будет меньше, чем на мягком грунте, на котором большое значение имеет срез и нагребание земли. С увеличением радиуса поворота на твердом грунте коэффициент изменяется незначительно. На мягком грунте крутой поворот приведет к значительному увеличению коэффициента сопротивления. Примерный характер изменения коэффициента на мягком грунте показан на графике (рис. 481). На основании этого графика подсчитаны силы Р2 и изменение которых в зависимости от радиуса поворота (конечно, для данного грунта) показано на графике (рис. 482). Графиком можно пользоваться для танка любого веса, так как на нем приведены не сами величины сил, а их отношение
Р Р
к весу танка, т. е. и (удельные силы), причем для Прямолиней-
но L
ного движения удельная сила тяги принята равной 0,08, a -g-= 1,6. Зная вес танка, можно по удельным силам определить и сами силы Р2 и Pj. Так, для радиуса поворота R = 5В находим по графику Р Р
-^- = 0,19 и = 0,11. Если вес танка G = 30 т, соответствующие
силы будут равны: сила тяги Рг — 0,19 • 30 = 5,7 т, тормозная сила Pi =0,11 -30 = 3,3 г.
Рис. 481. Изменение коэффициента р в зависимости от изменения радиуса поворота танка на мягком грунте
Как видно из графика, сила тяги Р2 с увеличением радиуса поворота уменьшается сначала быстро, затем все медленнее. Это объясняется характером уменьшения коэффициента сопротивления повороту. Отметим, что сила тяги при повороте имеет большую величину, чем при прямолинейном движении на том же грунте, и лишь при весьма большом
Рис. 482. Изменение силы тяги и тормозной силы в зависимости от радиуса поворота танка
радиусе поворота (R = ЗОВ, т. е. 60—90 м) приближается к ней. При большом радиусе поворота взаимодействие гусениц с грунтом мало отличается от- взаимодействия при прямолинейном движении. Действительно, для такого поворота достаточно, чтобы гусеница изогнулась за счет зазоров в шарнирах, соединяющих звенья, как это схематически показано на рис. 483. Величина необходимых для этого зазоров в шарнирных соединениях соседних звеньев составляет десятые доли миллиметра.
Тормозная сила Р\ также уменьшается с увеличением радиуса. При радиусе около 30S она становится равной нулю. Практически это означает, что на радиусе поворота ЗОВ и больше танк поворачивается без торможения отстающей гусеницы. Пара сил, нужная для поворота, 482
Изгиб гусеницы за счет зазоров в шарнирах
Рис, 483. Танк может поворачиваться за счет изгиба гусениц
создается силой тяги на забегающей гусенице и силой сопротивления качению на отстающей. Для поворота достаточно отключить отстающую гусеницу от двигателя, не притормаживая ее.
Поворот с радиусом больше 30 В, т. е. 60—90 м и более, необходим для того, чтобы заставить танк «следить» за кривизной дороги, или для выравнивания танка при отклонении (уводе) его в сторону от принятого курса; в дальнейшем будет рассматриваться лишь поворот, при котором на отстающей гусенице создается тормозная сила, т. е. поворот с радиусом не более 30 В.
ЗАНОС ТАНКА И ПРЕДЕЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ПРИ ПОВОРОТЕ
К>к и на всякое вращающееся тело, на танк при повороте действует центробежная сила инерции, приложенная к центру тяжести танка. Эта сила стремится «занести» танк в сторону. Вместе с тем грунт, действуя на гусеницы, препятствует заносу (рис. 484). Занос станет возможным, если центробежная сила превысит силу сопротивления грунта.
Величина центробежной силы С, действующей на тело, определяется формулой механики
__ Mvs ~R^>
где М — масса тела;
v — скорость его центра тяжести;
п р. В
= ---------радиус вращения.
Из формулы следует, что центробежная сила увеличивается с увеличением скорости танка и уменьшением радиуса поворота. Так как с увеличением веса танка возрастает сила сопротивления грунта, то вес танка не влияет на занос.
Верхняя кривая на рис. 484 показывает предельную скорость забегающей гусеницы, при которой на данном радиусе еще возможен поворот танка без заноса. Эта скорость определена для местности с достаточно твердым грунтом (р — 0,6), причем значение р в данном случае не зависит от радиуса поворота, так как гусеницы в любом случае перемещаются в поперечном направлении. На скользком грунте, размытом дождем, и особенно на льду сопротивление невелико, ввиду чего опасность заноса значительно увеличивается и допустимая скорость падает.
Нижняя кривая на том же рисунке показывает, какую скорость в действительности может иметь забегающая гусеница при удельной мощности двигателя 15 л. с./т. На некоторых радиусах -нижняя кривая приближается к верхней; в этих случаях возможность заноса увеличивается. Иногда механизмы поворота автоматически ограничивают возможность поворота на малых радиусах или не позволяют поворачиваться на этих радиусах при больших скоростях движения. При поворотах на малых радиусах с небольшими скоростями занос почти невозможен даже на скользких грунтах.
В 2В ЗВ 4fi 5В 6В 7В 8В 9В 10В Радиусы поворота, м
Рис. 484. Занос танка при повороте
Заметим, что центробежная сила и сила сопротивления заносу (рис. 484, (В круге) образуют пару сил, плечо которой равно высоте центра тяжести. Эта пара стремится опрокинуть танк. Вероятность опрокидывания обычно возникает при большей скорости, чем возможность заноса, т. е. танк заносит раньше, чем начинается опрокидывание. «Лишь в том случае, когда под гусеницей окажется препятствие, увеличивающее сопротивление повороту (кочка, бугор), опрокидывание может произойти раньше заноса.
Возможность опрокидывания наиболее вероятна для танков с высоко расположенным центром тяжести, так как в этом случае увеличивается плечо и момент пары сил, опрокидывающей танк. Современные советские танки при повороте вообще не могут опрокинуться.
МОЩНОСТЬ ПРИ ПОВОРОТЕ
Сопротивление грунта при повороте танка значительно выше, чем при прямолинейном движении, поэтому для поворота при равных средних скоростях требуется большая мощность, чем для прямолинейного движения. Если двигатель не в состоянии обеспечить нужную мощность, необходимую силу тяги придется получить путем снижения скорости танка. Когда танк движется прямолинейно, в его механизмах теряется обычно около 30% мощности двигателя, при повороте эти потери могут составить 60—70%, а иногда и больше. В этом случае величина потерь зависит от того, каким способом достигается изменение скорости отстающей гусеницы и создание тормозной силы, т. е. от устройства механизмов поворота.
На танках устанавливались механизмы поворота самых различных типов: бортовые фрикционы, одноступенчатые и многоступенчатые планетарные механизмы, простые и двойные дифференциалы и др. Все эти 484
механизмы устроены по-разному, и на первый взгляд между ними мало общего. Однако все они имеют одно и то же назначение. Их работу можно уяснить на примере наиболее простых механизмов двух-трех типов. Такими простыми механизмами являются, например, бортовые коробки передач.
Бортовые коробки передач устанавливались в свое время на некоторых танках, но давно уже не применяются. Тем не менее на примере бортовых коробок удобнее всего проследить, какие явления происходят при повороте, и выяснить, чем определяется необходимая для поворота мощность. Выводы, сделанные при этом, могут быть полностью отнесены к большинству современных механизмов поворота, а в той или иной степени — и ко воем механизмам.
ПОВОРОТ НА РАСЧЕТНЫХ РАДИУСАХ
Пусть на каждом борту танка установлена обычная коробка передач, как показано на рис. 485. Обе коробки устроены одинаково. Ведущий вал каждой из них через коническую передачу и карданный вал связан с коленчатым валом двигателя, ведомый вал соединен с одним из ведущих колес танка.
Рассмотрим работу этих коробок.
Рис. 485. Бортовые коробки передач могут служить механизмами поворота танка
ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ ДВИЖЕНИЕ
Включим в обеих коробках одинаковые передачи. Ведущие колеса в этом случае будут иметь равное число оборотов, и танк будет двиг гаться прямолинейно. Мощность двигателя подводится к обеим гусеницам и затрачивается на преодоление сопротивления прямолинейному движению.
На горизонтальном участке пути при коэффициенте сопротивления качению f = 0,08 сила тяги обеих гусениц будет равна Р = 0,086.
В предыдущей главе было показано, что между силой тяги и мощностью двигателя существует связь, определяемая формулой
N^ = $Pv.
Подставив значение Р, получим
N* = 5-0fi8Gv = 0,4Gv.
Заметим, что в данном случае это не наибольшая мощность двигателя, которую он может развивать, а мощность, необходимая для преодоления сопротивления движению танка, называемая мощностью внешних сопротивлений и обозначаемая No. Тогда
No = 0,4(7v.
ПОВОРОТ ВОКРУГ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОСИ ТАНКА ^2? =
Включим в одной из коробок первую передачу, а в другой задний ход. Пусть скорость заднего хода равна скорости первой передачи. Тогда гусеницы получат равные по величине скорости, направленные в разные стороны, и танк будет поворачиваться вокруг своей центральной оси.
Заметам, что в этом случае сила Pi на отстающей гусенице является не тормозной силой в обычном понимании, а такой же силой тяги, как и сила Р2 на забегающей гусенице. Она создается двигателем. Направление ее противоположно направлению силы на забегающей гусенице. Отсюда легко сделать заключение, что обе силы тяги равны, а раз равны и скорости гусениц, то одинаковы и мощности, подводимые к ним от двигателя.
Считая, что поворот происходит на грунте, для которого составлен график (рис. 482), возьмем из графика значение силы Р% для R — получим мощность для забегающей гусеницы
TV2 = 5P2V2 = 5*0,38(7^2 = L9C/V2, а для обеих гусениц
2N2 = No = 3fiGv2.
Мощность внешних сопротивлений будет в этом случае
No = 3,8(?у2, где v2 — скорость забегающей гусеницы.
При равных скоростях эта мощность почти в 10 раз больше мощности, требующейся для прямолинейного движения.
ПОВОРОТ ВОКРУГ ОДНОЙ ИЗ ГУСЕНИЦ (2? = В)
Включим в одной из коробок какую-нибудь передачу, например первую, а другую коробку оставим в нейтральном положении, т. е. отключим вторую гусеницу от двигателя. К отключенной гусенице крутящий момент от двигателя подводиться не будет.
В этом случае танк будет двигаться почти прямолинейно, так как отстающая гусеница, связанная корпусом танка с забегающей гусеницей, будет перемещаться вперед. Для поворота надо создать на отстающей гусенице тормозную силу. Затянем тормоз полностью, т. е. так, чтобы гусеница остановилась. Танк будет поворачиваться вокруг заторможенной гусеницы с радиусом поворота R = В (проскальзыванием пренебрегаем) .
В отличие от поворота вокруг центральной оси танка, в данном случае мощность двигателя подводится только к забегающей гусенице, так как отстающая отключена.
Взяв из графика (см. рис. 482) силу Р2 для R — В, получим
или
7V0 = 5-0,34Gv2,
No = l,7Gv2.
Мощность внешних сопротивлений будет в 2 с лишним раза меньше, чем в предыдущем случае. Уменьшение мощности достигнуто путем увеличения радиуса поворота.
ПОВОРОТ С РАДИУСОМ, БОЛЬШИМ ШИРИНЫ КОЛЕИ (2? > В)
Теперь включим в одной из коробок вторую передачу, а в другой первую. Скорость одной из гусениц (забегающей) будет больше, чем скорость другой (отстающей).
Как и в том случае, когда отстающая гусеница отключена, забегаю
щая гусеница через корпус танка стремится увлечь ее с той же скоростью, с какой движется она сама. Но ведущее колесо отстающей гусе-
ницы может иметь только строго определенное число оборотов,
соответствующее передаточному числу первой передачи. Следовательно, гусеница не только не сможет быстрее провернуть ведущее колесо, но и сама будет тормозиться им.
Разница по сравнению с поворотом вокруг полностью заторможенной отстающей гусеницы будет лишь в том, что тормоз удерживает ведущее колесо неподвижно, а включенная передача коробки позволяет ему вращаться с определенной скоростью. Эта скорость будет меньше той, которую стремится сообщить ведущему колесу гусеница. На отстающей гусенице, притормаживаемой ведущим колесом, возникает
тормозная сила. Сила тяги на забегающей гусенице и тормозная сила создают пару сил, которая и будет поворачивать танк.
Как мы уже говорили, радиус поворота в этом случае больше ширины колеи. Величина этого радиуса вполне определенная: она зависит от передаточных чисел коробок, т. е. от отношения скоростей обеих гусениц.
Допустим, например, что передаточное число второй передачи /2 = 5, а первой i\ — 10. Если число оборотов двигателя лд = 2000 в минуту, ведущее колесо « 2000 забегающей гусеницы будет делать п2 = —-— — и
= 400 об/мин, а отстающей П\ = —— = 200 об/мин, т. е. вдвое меньше. Скорость забегающей гусеницы будет поэтому вдвое выше скорости отстающей.
Если изобразить скорости забегающей и отстающей гусениц в виде стрелок (рис. 486) и соединить концы стрелок прямой линией, получим два подобных прямоугольных треугольника, вершины которых лежат в центре поворота (где скорость равна нулю), катет одного равен радиусу поворота R, а другого R — В.
Из подобия треугольников следует, что
поворота
Центр поворота
Рис. 486. Графический способ определения радиуса поворота танка
vt _ R — В _ . В
На рис. 486, кроме поворота с радиусом R > В, показаны также повороты танка с радиусами R — В и R = —.
В нашем примере ,тогда из приведенного соотношения (10) можно опре-
делить радиус поворота R
R = 2B.
Перейдем теперь к определению мощности внешних сопротивлений при радиусе поворота больше В.
ЦИРКУЛЯЦИЯ мощности
Особенность передачи мощности при повороте в этом случае заключается в том, что здесь происходит циркуляция мощности, т. е. передача мощности от отстающей гусеницы к забегающей. Чтобы уяснить это явление, рассмотрим следующий пример.
Представим себе, что гусеницы танка сняты, оба ведущих колеса напрямую соединены с двигателем (рис. 487) и к ним приложены равные сопротивления (например, частично затянуты тормоза, не показанные на рис. 487). Колеса вращаются с одинаковой скоростью. Пусть от двигателя к каждому колесу подводится одинаковая мощность, скажем 50 л. с., а всего двигатель развивает мощность 100 л. с.г которая расходуется на преодоление сопротивлений, приложенных к ведущим колесам.
Двигатель вращает Двигатель вращает оба Электромотор вращает одно веду-
оба ведущих колеса ведущих колеса и преодо- щее колесо и помогает двигателю
левает силу торможения вращать другое
Рис. 487. Пример к вопросу о циркуляции мощности
При помощи показанного на рис. 487 тормоза частично притормозим одно из ведущих колес, поддерживая при этом обороты двигателя постоянными. Для этого надо увеличить подачу горючего. Число оборотов обоих колес останется прежним. Но к приторможенному колесу теперь будет подводиться большая мощность. Если дополнительная мощность, расходуемая в тормозе, равна 50 л. с., двигатель должен будет давать уже 150 л. с., из которых 50 л. с, пойдет к левому колесу, а 100 л. с.— к правому (рис. 487,5).
Если теперь, отпустив тормоз, соединить правое ведущее колесо с посторонним источником энергии (скажем, с электромотором), который будет вращать ведущее колесо, двигателю уже не придется затрачивать дополнительную мощность (рис. 487, В). Больше того, если мощность электромотора больше, чем требуется для вращения одного колеса, например 75 л. с., то он не только будет вращать его, но и поможет двигателю вращать второе колесо. В нашем примере из 75 л. с. общей мощности электромотора 50 л. с. будут тратиться на вращение правого колеса^ а остальные 25 л. с. передадутся левому. От основного двигателя теперь потребуется
всего лишь 25 л. с., причем вся эта мощность пойдет к левому колесу, а к правому колесу мощность двигателя вообще не будет подводиться. Следовательно, чтобы поддержать прежние обороты, нужно будет уменьшить подачу горючего.
Теперь допустим, что гусеницы надеты и танк движется. С правым ведущим колесом танка связан якорь генератора, а с левым — явдрь электромотора (рис. 488). Генератор и электромотор соединены между собой проводами через переключатель. Отключим правое ведущее колесо от двигателя, например при помощи фрикциона. Забегающая левая гусеница через корпус танка стремится сообщить отстающей ту же скорость, с какой вращается она сама. Но якорь генератора через правое ведущее колесо притормаживает отстающую гусеницу. На ней создается тормозная сила, направленная назад. Под действием пары сил — силы тяги и тормозной силы — танк будет поворачиваться.
На вращение якоря генератора затрачивается мощность. Откуда же и как она поступает к отстающей гусенице, которая отключена от двигателя? Точно так же, как подводится мощность к передним колесам автомобиля, у которого только задние колеса являются ведущими. Задние ведущие колеса толкают вперед корпус (раму) автомобиля вместе с передними колесами.
Двигатель
Генератор, вращаемый отстающей гусеницейДаёт мощность 50л.а
Переключатель.
При верхнем положении переел ю- Реостат!) При нижнем положении переключателя 50 л.с. подводится от отста- чателя 50л.с. тратится
ющей. гусеницы к забегающей. в реостате.
Двигатель дает ЮОл.с.
Двигатель дает 150 л.с.
Рис. 488. Циркуляция мощности в электрической схеме
Сила сцепления передних колес с грунтом заставляет их вращаться, преодолевая сопротивление качению.
Грунт, на который опирается автомобиль, играет в этом случае роль приводного ремня, передающего мощность от одного шкива к другому. Часть мощности, переданной от двигателя на задние колеса, через грунт идет к передним. Точно так же часть мощности, переданной двигателем на забегающую гусеницу, переходит при посредстве грунта, на который опирается танк, на отстающую гусеницу. За счет этой мощности и вращается якорь генератора.
Пусть от двигателя к забегающей гусенице поступает мощность 150 л. с., из них 100 л. с. тратится па преодоление сопротивления грунта и 50 л. с. передается генератору. Ток, выработанный генератором, идет к реостату и нагревает его; в реостате мощность тратится бесполезно.
Повернув переключатель (рис. 488) в верхнее положение, замкнем цепь тока генератор (на отстающей гусенице) —мотор (на забегающей). Тогда ток, вместо того чтобы идти в реостат, пойдет к электромотору. Электромотор начнет работать, помогая двигателю, как и в предыдущем примере (см. рис. 487, В), вращать ведущее колесо забегающей гусеницы. Разница лишь в том, что в предыдущем примере электромотор питался током от постороннего источника, а в данном случае он питается от генератора, поставленного на самом танке.
Мощность генератора, попрежнему равная 50 л. с., теперь передается электромотору. Но к забегающей гусенице требуется подводить мощность 150 л. с. Значит, двигатель должен давать 150 — 50= 100 л. с. вместо 150 л. с. Отстающая гусеница возвращает забегающей полученную ею мощность (за вычетом части мощности, затраченной на преодоление сопротивления грунта). Таким образом, сберегается 50 л. с, мощности двигателя.
Вернемся теперь к танку с бортовыми коробками передач.
Отстающая гусеница, как мы видели, толкает ведущее колесо вперед, стремясь вращать его быстрее, чем это возможно при включенной первой передаче. Хотя передача и включена, мощность от двигателя к этому ведущему колесу не подводится. Наоборот, гусеница, толкая ведущее колесо, сама передает ему мощность, как она передавала ее генератору в только что рассмотренном примере.
Через валы и шестерни коробок мощность возвращается на забегающую гусеницу. От двигателя поэтому требуется меньшая мощность.
Все время, пока танк поворачивается, часть мощности циркулирует между забегающей и отстающей гусеницами по кругу забегающая гусеница — грунт — отстающая гусеница — правая коробка передач — левая коробка передач — забегающая гусеница. Это циркулирующая (холостая) мощность: она не производит никакой работы. Если бы она совершала работу (хотя бы нагревала реостат, как в нашем примере), она не возвращалась бы к забегающей гусенице и не приводила бы к уменьшению мощности, которую должен дать двигатель.
Циркулирующая мощность возникает в тот момент, когда танк начинает поворачиваться. Рассмотрим, как это происходит.
Предположим, что вначале правую гусеницу отключили (см. рис. 485). Тогда правая часть вала, соединяющего коническую передачу с коробками передач, не несет никакой нагрузки, поскольку вся мощность двигателя идет к левой коробке. Допустим, что передача в коробке отстающей гусеницы включается плавно (позже мы убедимся, что это так и происходит благодаря фрикциону). Включим в ней первую передачу. Как только начнется включение, отстающая гусеница будет стремиться ускорить вращение вала конической передачи. Но это невозможно, так как обороты вала определяются оборотами двигателя.
Поэтому ведущее колесо отстающей гусеницы будет закручивать правую часть вала конической передачи, само удерживаясь (тормозясь) моментом той же величины, с которой она закручивает вал; этот момент и создаст тормозную силу Р\. Но вал закручивается в направлении своего вращения. Следовательно, закручивающий его момент будет добавляться к крутящему 1 моменту двигателя, облегчая его работу. В этом и заключается сущность явления циркуляции мощности.
Когда поворот танка с радиусом R В происходит при циркуляции мощности, мощность двигателя, как и в рассмотренных нами ранее случаях, тратится только на преодоление внешних сопротивлений.
Радиус поворота, при котором вся мощность тратится только на преодоление внешних сопротивлений, называется расчетным и обозначается /?р.
Величина расчетных радиусов при бортовых коробках вполне определенная: она зависит от того, какие передачи включены. Поворот на расчетном радиусе устойчив.
ПОТРЕБНАЯ НА ПОВОРОТ МОЩНОСТЬ
Таким образом, если /?р больше В, к забегающей гусенице подводится мощность /V 2 из двух источников: от двигателя поступает мощность Ао, которая тратится на преодоление внешних сопротивлений, и от отстающей гусеницы — возвращаемая (циркулирующая) мощность так что Ла = + Л’ь
Величина мощности, подводимой к забегающей гусенице, определяется силой тяги и скоростью и может быть, как и во всех других случаях, найдена по формуле 5P2t>2- Очевидно, то же относится к отстающей гусенице: на ведущее колесо со стороны этой гусеницы действует тормозная сила Р\ при скорости Таким образом, можно написать
5Р2^2 = М) + 57^1-
Отсюда можно определить мощность, которую должен дать двигатель и которая пойдет на преодоление сил сопротивления повороту, т. е. мощность внешних сопротивлений
N0 = 5(P2v2-Piv1). (11)
Но, как мы видели выше в формуле (10) для случая R > В,
У1 = , Д
v2 R ‘
Подставляя значение - в формулу (11), получим окончательно
^2
^ = 5Гр2-л(1-^-Д v2.
(12)
Определим No для R = 2В. Из графика (см. рис. 482) находим Р2 = 0,286 и Pt = 0,2 G. Тогда
No =5 £о,28 — 0,2 (1 — Gv2 = 5 0,18Gv2 = 0,9Gt/2.
Таким образом:
— при /?р = — (первая передача и задний ход) /Уо = 3,8 Gv2\
— при Rp~ В (первая передача и заторможенная отстающая гусеница) No = = 1,7 Gv2,
— при Ry = 2B (вторая передача и первая передача) Мо — 0,9 Gv2.
Чем больше расчетный радиус, тем меньшая удельная мощность необходима для поворота. То же следует и из выведенной нами формулы (12).
На рис. 489 приведен график зависимости мощности внешних сопротивлений от расчетного радиуса, построенный по формуле (12). Для удобства пользования графиком даны удельные мощности, т. е. , а скорость забегающей гусеницы принята равной 1 км/час. Чтобы определить мощность при повороте танка, например, весом 30 т при у2=Ю км/час с радиусом 10 В, берем из графика величину Лоу “ 0,43 и, умножая на вес и скорость, находим No = 0,43-30-10 == = 129 л. с.
Рис. 489. Удельная мощность внешних сопротивлений в зависимости от радиуса поворота при скорости забегающей гусеницы т2 — 1 км/час
Из графика следует, что мощность внешних сопротивлений уменьшается по мере увеличения радиуса поворота. Это объясняется тем, что мощность внешних сопротивлений при повороте определяется моментом, создаваемым силами сопротивления повороту, и угловой скоростью поворота. С увеличением радиуса поворота уменьшается и момент сопротивления (из-за снижения коэффициента р) и угловая скорость.
Выше рассматривался пример, когда были включены первая и вторая передачи бортовых коробок. Можно включить первую и третью или первую и четвертую передачи. В этих случаях увеличится отношение между скоростями забегающей и отстающей гусениц и уменьшится радиус поворота, а потому возрастет мощность внешних сопротивлений. Вместо первой и второй передач можно включить третью и четвертую, при этом расчетный радиус поворота изменится незначительно, но зато возрастет угловая скорость поворота, так как увеличится скорость забегающей гусеницы.
Число расчетных радиусов зависит от числа передач коробок. Применяемые на танках механизмы обычно соответствуют коробкам передач не более чем с двумя передачами, что дает два расчетных радиуса поворота (вторая — первая передача и одна из передач с нейтралью и тормозом).
ПОВОРОТ НА РАДИУСАХ, ОТЛИЧАЮЩИХСЯ ОТ РАСЧЕТНОГО
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ РАДИУСЫ ПОВОРОТА
Рассмотренные нами бортовые коробки обеспечивают определенное число расчетных радиусов. Это число увеличивается при увеличении количества передач коробок. Применение непрерывных коробок передач дало бы возможность поворачиваться с любым расчетным радиусом.
Так как ступенчатые коробки ограничивают количество расчетных радиусов поворота, то среди них может не оказаться того радиуса, который необходим по условиям движения.
Чтобы танк имел возможность поворачиваться с любыми, а не только с расчетными радиусами, поставим в дополнение к коробкам передач по фрикциону (рис. 490). Включим на забегающей гусенице вторую, а на отстающей—первую передачу. Допустим, что расчетный радиус будет при этом /?р = 2В, Если по условиям движения необходимо поворачиваться с радиусом больше 2В, например с 7? = 10В, то для этого при неизменной скорости забегающей гусеницы нужно увеличить скорость отстающей.
Заставим фрикцион отстающей гусеницы слегка пробуксовывать. Для этого, уменьшив нажатие на диски, дадим возможность ведущей и ведомой частям фрикциона вращаться с разными скоростями, но так, чтобы фрикцион не был полностью выключен. Теперь отстающая гусеница, увлекаемая забегающей, сможет вращаться с большей скоростью, чем это позволяет передаточное число первой передачи. Так, если без пробуксовки! при включенной первой передаче ведущее колесо делает 200 об/мин и нельзя изменить его обороты, не меняя числа оборотов двигателя, то при пробуксовке фрикциона колесо может делать и 250, и 300, и любое большее число оборотов, но>, конечно, не больше, чем делает ведущее колесо забегающей гусеницы: отстающую гусеницу ведет забегающая, обогнать которую отстающая гусеница не может.
Чем больше пробуксовка фрикциона, тем меньше разница между скоростью отстающей гусеницы и скоростью забегающей и тем больше радиус поворота танка. Копда фрикцион выключится полностью, скорости 492
фрикциона
ЮОл.с.
2000об/мин
ЬООоб/мин
^вторая передача
л 2000об/мин
2000об/мин
Фрикцион пробуксовывает
Г
\ Первая передача д
- 1 in
L~1U 300ot
п 50л.с. » >ч у V
. Раоиус поворота увеличился, но потребная 15лс. мощность не уменьшилась
Рис. 490. Потребная мощность при повороте без пробуксовки и с пробуксовкой фрикциона
обеих гусениц почти сравняются, и танк будет двигаться почти прямолинейно, с небольшим уводом в сторону отстающей гусеницы (как это бывает всегда, когда на отстающей гусенице не создается тормозная сила).
При помощи дополнительного фрикциона танк может поворачиваться с любым радиусом, лишь бы он был больше расчетного (в нашем примере больше 2В). По мере уменьшения пробуксовки скорость отстающей гусеницы уменьшается до тех пор, пока действительный радиус поворота R не станет равен расчетному, т. е. равному 2В. Чтобы еще уменьшить радиус поворота, надо еще больше снизить скорость отстающей гусеницы. На данной передаче этого сделать нельзя. Надо переходить к низшему расчетному радиусу.
Благодаря пробуксовке фрикциона можно как угодно увеличивать радиус поворота сверх расчетного, но не уменьшать его. Расчетный радиус. следовательно, является наименьшим для данной передачи.
Поворот с буксованием фрикциона неустойчивый, так как в данном случае скорость отстающей гусеницы не бывает определенной. Она изменяется в зависимости от сопротивлений, которые преодолевает танк; при этом изменяется и радиус поворота.
ПОТЕРЯ МОЩНОСТИ
Таким образом, даже при наличии единственного расчетного радиуса танк может совершать поворот с любым радиусом, лишь бы он был больше расчетного. Однако такой поворот сопровождается буксованием фрикциона, а следовательно, потерей
мощности на трение. Чтобы выяснить величину потерь в фрикционе, вернемся к повороту танка на расчетном радиусе.
Пусть ведущий вал фрикциона делает 2000 об/мин (рис. 490, вверху). Фрикционы не буксуют, и их ведомые валы также делают по 2000 об/мин. При включенных передачах коробок лезое ведущее колесо делает 400 об/мин, правое 200 об/мин. Соответственно скорость левой гусеницы будет вдвое больше правой, например 20 и 10 км/час. Отстающая (правая) гусеница, стремясь развить скорость 20 км/час, толкает свое ведущее колесо вперед. Через коробку и фрикцион передается на забегающую гусеницу мощность, равная, скажем, 50 л. с. Эта мощность определяется тормозной силой и скоростью отстающей гусеницы. Двигатель развивает мощность 100 л. с., равную мощности внешних сопротивлений, а всего на забегающую гусеницу поступает 150 л. с.
Теперь далим правому фрикциону возможность пробуксовывать (рис. 490, внизу). Частично освобожденное ведущее колесо отстающей (правой) гусеницы сможет вращаться с более высокой скоростью, допустим 300 об/мин (15 км/час). Поскольку скорость забегающей гусеницы осталась прежней, радиус поворота увеличится.
Для упрощения примем, что тормозная сила при этом не меняется (хотя в действительности при увеличении радиуса поворота она становится меньше). Тогда величина крутящего момента, передаваемого через фрикцион, не изменится, несмотря на пробуксовку фрикциона. Поскольку скорость отстающей гусеницы увеличилась в Р/2 раза, мощность, отдаваемая ее ведущим колесом, возрастет также в Р/2 раза и вместо 50 л. с. достигнет 75 л. с.
Передаточное число коробки равно 10. Значит, ведомый вал фрикциона, расположенный перед коробкой, всегда вращается в 10 раз быстрее, чем ведущее колесо, установленное за коробкой, и при 300 оборотах ведущего колеса будет делать 3000 об/мин. Ведущий же вал фрикциона, связанный с двигателем, как и раньше, делает 2000 об/мин. Крутящий момент, передаваемый фрикционом, также не изменился, так как тормозная сила осталась прежней. Значит, мощность, передаваемая забегающей гусенице, не изменится — она останется равной 50 л. с. Между тем к фрикциону подводится мощность 75 л. с. 25 л. с. затрачивается на преодоление трения между дисками фрикциона, т. е. превращается в тепло.
Если к забегающей гусенице требуется подвести 150 л. с., а отстающая дает 50 л. с., двигатель попрежнему должен развивать 100 л. с. Таким образом, с увеличением действительного радиуса поворота сравнительно с расчетным потребная мощность двигателя не изменилась.
Известно, что мощность внешних сопротивлений уменьшается с увеличением радиуса поворота. Оказывается, что если поворот сопровождается пробуксовкой фрикциона, то, кроме мощности внешних сопротивлений, для поворота необходима дополнительная мощность, затрачиваемая на трение во фрикционе. Эта мощность называется тормозной мощностью.
Теперь мощность, которую должен дать двигатель, или потребная мощность, уже не будет равна мощности внешних сопротивлений; к последней добавится тормозная мощность»
ПОВОРОТ С БУКСОВАНИЕМ ТОРМОЗА
Танк может повернуться с радиусом больше В и другим способом: при помощи остановочных тормозов, которые тормозят ведущие колеса танка. Выключим передачу в коробке отстающей гусеницы и будем затягивать остановочный тормоз. Если тормоз затянуть неполностью, ведущее колесо отстающей гусеницы будет вращаться. При этом радиус поворота зависит от степени затяжки тормоза.
Отстающая гусеница попрежнему отдает мощность, но теперь эта мощность не возвращается к забегающей гусенице: передача в коробке выключена, и связи между гусеницами нет. Мощность, возвращаемая отстающей гусеницей, полностью превращается в тормозе в тепло. Здесь происходит то же явление, которое наблюдалось в примере с электрической передачей, когда мощность генератора тратилась в реостате (см. рис. 488). Всю мощность, необходимую для забегающей гусеницы, должен дать двигатель; отстающая гусеница ему не помогает, циркуляции мощности нет.
Сравним поворот с одним и тем же радиусом R = 10В в двух случаях: в первом, когда происходит циркуляция мощности, т. е. включены разные передачи коробок и поворот совершается с пробуксовкой фрикциона (пусть расчетный радиус /?р = 55); во втором, когда нет циркуляции мощности, т. е. передача одной коробки выключена и поворот совершается с буксованием тормоза (расчетный радиус /?р=В).
На рис. 491 показана передача мощности через механизмы танка при повороте с циркуляцией мощности, т. е. при повороте с пробуксовкой фрикциона. На рис. 492 494
Рис. 491, Передача мощности при повороте в трансмиссии с боотовыми коробками
передач
Мощность двигателя
Рис. 492. Диаграмма расхода мощности при повороте с радиусом R = 10 В на расчетном радиусе Rp = 5 В при пробуксовке фрикциона
Рис. 493. Диаграмма расхода мощности при повороте с радиусом R = 10 В на расчетном радиусе Rp = В при пробуксовке тормоза
приведена диаграмма передачи мощности для этого случая. Как видно из рисунка, мощность, идущая от двигателя, передается забегающей гусенице; к ней прибавляется мощность, возвращаемая отстающей гусеницей. Если принять всю мощность, поступающую к забегающей гусенице, за 100%, то от двигателя будет поступать 69%, а от отстающей гусеницы 31% (см. диаграмму).
35% всей мощности, подведенной к забегающей гусенице, будет затрачено этой гусеницей на преодоление сопротивления грунта; вся остальная мощность (65%) перейдет к отстающей гусенице, где 31% (на 4% меньше, чем на забегающей гусенице, так как скорость отстающей гусеницы меньше) затрачивается на преодоление сопротивления грунта; 31% вернется через коробки к забегающей гусенице, а 3% мощности будут затрачены на трение во фрикционе. Мощность, расходуемая на трение, показана на рис. 491 и на диаграмме в виде жирной линии.
Поворот с выключенной передачей и пробуксовкой тормоза при R? — В иллюстрируется диаграммой рис. 493. В этом случае вся мощность (100%), идущая к забегающей гусенице, поступает от двигателя, так как циркуляции мощности нет. По-прежнему 35% этой мощности тратится забегающей гусеницей на преодоление сопротивления грунта, а остальная мощность идет к отстающей гусенице. 31% тратится на преодоление сопротивления, а 34%, т. е. более одной трети всей мощности, ввиду невозможности вернуться к забегающей гусенице затрачиваются на трение в тормозе. Мощность, идущая в тормоз, показана на диаграмме темной полосой.
Таким образом, поворот без циркуляции мощности невыгоден по двум причинам: во-первых, от двигателя требуется значительно большая мощность, а если он не в состоянии ее развить, придется уменьшить скорость танка; во-вторых, потеря мощности на трение в рассматриваемом примере более чем в 10 раз превышает ту же потерю в первом случае. Это значит, что тормоз будет нагреваться очень сильно и изнашиваться во много раз быстрее, чем фрикцион при повороте с циркуляцией мощности.
ТОРМОЗНАЯ И ПОТРЕБНАЯ МОЩНОСТЬ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РАСЧЕТНЫХ РАДИУСАХ
Как уже было указано, потребная для поворота мощность двигателя (обозначим ее через ДГП) складывается из двух мощностей: мощности внешних сопротивлений NQ и тормозной NTf или
Na = N0 + NT.
Мощность внешних сопротивлений определяется сопротивлением грунта, радиусом поворота и скоростью забегающей гусеницы. Она не зависит от устройства механизма поворота. Иначе обстоит дело с тормозной мощностью.
Величина тормозной мощности зависит от того, какая часть мощности, возвращаемой отстающей гусеницей, может перейти на забегающую, т. е. зависит от циркуляции мощности. При повороте с пробуксовкой тормоза, когда расчетный радиус равен ширине колеи танка, а действительный радиус поворота превосходит расчетный (/? больше В), циркуляции нет; вся мощность, идущая от отстающей гусеницы, поглощается тормозом. В этом случае двигатель должен развивать значительно большую мощность, чем при наличии циркуляции.
На рис. 494 показано, как при отсутствии циркуляции изменяется потребная мощность двигателя в зависимости от радиуса поворота при расчетном радиусе /?р = В. Как и раньше, на графике приводится удельная мощность при скорости забегающей гусеницы v2 = 1 км/час. Нижняя кривая показывает мощность внешних сопротивлений, верхняя — потребную мощность. Тормозная мощность равна разности между потребной мощностью и мощностью внешних сопротивлений, а потому ее можно определить для любого радиуса по расстоянию между кривыми (заштрихованная часть диаграммы).
Из графика следует, что наибольшая тормозная мощность затрачивается при радиусе поворота, равном ЗВ. Так, при весе танка 30 т и скорости 10 км/час эта мощность будет равна 0,55 • 30 • 10 — 165 л. с. 496
Рис. 494. Изменение потребной удельной мощности двигателя в зависимости от радиуса поворота при отсутствии циркуляции мощности.
Расчетный радиус = В, v2 = 1 км/час.
Показана потеря мощности в тормозе (заштрихованная часть)
Тормозная мощность составляет в этом случае около 85% мощности внешних сопротивлений.
Картина резко меняется, если механизм поворота обеспечивает циркуляцию мощности.
Пусть механизм поворота имеет три расчетных радиуса:
/?р1 = 5; Яр, = 2Д ₽р, = 43.
Такой механизм поворота называется трехступенчатым по числу расчетных радиусов.
Примером такого механизма могут служить трехступенчатые бортовые коробки. Так, комбинация «нейтраль» — третья передача (с торможением гусеницы) дает /? = В, первая передача — третья дает /?Pj = 2В, вторая передача — третья дает = 4В (считаем, что комбинация первой передачи со второй не используется).
Поворот с радиусом от В до 2В происходит лишь на первой ступени (/? =В) и сопровождается пробуксовкой тормоза (рис. 495). Циркуляции мощности не будет; расход мощности такой же, как в только что
Рис. 495. изменение потребной удельной мощности двигателя при циркуляции мощности (танк с трехступенчатым механизмом поворота)
разобранном нами случае. Но уже для радиуса 2В можно перейти на вторую ступень, включив во второй коробке первую передачу. При повороте с радиусом 2В, который является расчетным для данной ступени, тормозная мощность равна нулю, так как фрикцион не пробуксовывает. Потребная мощность двигателя будет равна мощности внешних сопротивлений, ввиду того что вся мощность, возвращаемая отстающей гусеницей, переходит на забегающую, т. е. происходит полная циркуляция мощности.
Поворот на радиусах от 2В до 4В происходит на второй ступени при пробуксовке фрикциона отстающей гусеницы. Тормозная мощность в этом случае невелика, так как и здесь происходит циркуляция мощности. На радиусе 4В можно переходить на третью ступень, включив для это-го во .второй коробке (вторую передачу. Увеличение циркуляции мощности приводит к тому, что на последующих радиусах поворота тормозная мощность вновь значительно падает.
Расход мощности при повороте с трехступенчатым механизмом показан на рис. 495. Заштрихованные участки соответствуют тормозной мощности. Для действительного радиуса поворота 10В приведены три величины тормозной мощности: для поворота на первой ступени (отрезок АГ), па второй (АВ) и на третьей (АБ). Сравнивая эти величины, видим, что при переходе на вторую ступень тормозная мощность уменьшается вдвое, а при переходе на третью — еще в 3 раза. Это достигается благодаря циркуляции мощности.
Из рис. 495 следует еще один вывод: наиболее значительную экономию мощности дает переход на вторую ступень (Rp = 2В), несколько меньшую — переход на третью ступень (Rp — 4B). Если ввести в механизм четвертую ступень с расчетным радиусом, скажем, 5—6В, это даст совершенно ничтожную экономию мощности.
Таким образом, требованиям в отношении расхода мощности вполне будет удовлетворять трехступенчатый механизм с расчетными радиусами В, 2В, 3—4В. Двухступенчатый механизм, обеспечивающий повороты с расчетными радиусами В и 3—4В, дает увеличенный расход мощности только на малых радиусах (между /?Р1 и Rp\ Однако поворот на таких радиусах возможен лишь при небольших скоростях, при которых двигатель имеет достаточный запас мощности. Поэтому вполне можно примириться в этими потерями и, чтобы не усложнять механизм поворота, ограничиться двумя ступенями, т. е. двумя расчетными радиусами.
МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА
Все механизмы поворота танков могут быть разделены на две группы.
К первой принадлежат механизмы, у которых изменение скорости одной гусеницы не вызывает обязательного изменения скорости другой. Такие механизмы называют независимыми. К ним относятся рассмотренные нами бортовые коробки передач, планетарные механизмы поворота и бортовые фрикционы.
Ко второй группе относятся механизмы, у которых изменение скорости одной гусеницы обязательно вызывает изменение скорости другой. Эти механизмы называют дифференциальными. При таких механизмах уменьшение скорости отстающей гусеницы вызывает увеличение скорости забегающей. К ним относятся простой и двойной дифференциалы.
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся механизмы поворота обеих групп.
НЕЗАВИСИМЫЕ МЕХАНИЗМЫ
БОРТОВЫЕ ФРИКЦИОНЫ
Если в схеме трансмиссии (см. рис. 491) заменить две коробки передач одной, служащей для прямолинейного движения, то механизмами поворота могут служить два фрикциона и два тормоза. Фрикцион в этом случае называется бортовым. Схема трансмиссии с бортовыми фрикционами показана на рис. 496. Схема бортового фрикциона показана на рис. 497 (его устройство было рассмотрено в главе III).
Рис. 496. Схема трансмиссии с бортовыми фрикционами
При прямолинейном движении оба фрикциона включены, а оба тормоза отпущены. Для поворота один из фрикционов выключается. Пово
рот в этом случае не произойдет, точнее — он будет происходить с весь-
ма большим радиусом. Чтобы танк повернулся, необходимо, выключив
фрикцион, затянуть тормоз.
Расчетный радиус поворота у танка с бортовыми фрикционами один; он равен ширине колеи танка; поворот на таком радиусе происходит, когда тормоз полностью затянут (см. рис. 496).
Поворот с радиусом, большим В, происходит при пробуксовке тормоза. Как показано на диаграмме (см. рис. 493), вся мощность двигателя поступает через включенный фрикцион на забегающую гусеницу. Мощность от отстающей гусеницы не может вернуться к забегающей, так как фрикцион выключен, и
Ленточный тормоз
Рис, 497, Схема бортового фрикциона
расходуется в тормозе. При R = 10В для принятых нами условий мощность, теряемая в
тормозе, составляет 34% всей мощности двигателя, а 31% мощности, поступившей на отстающую гусеницу, затрачивается ею на преодоление внешних сопротивлений.
Таким образом, бортовой фрикцион служит только для отключения ведущего колеса отстающей гусеницы от двигателя, а радиус поворота меняется путем изменения затяжки тормоза, поэтому устойчивость поворота на всех радиусах, кроме расчетного, не обеспечивается.
Бортовой фрикцион является несовершенным механизмом поворота, так как обеспечивает только один расчетный радиус. Кроме того, подобно всем фрикционным механизмам, бортовой фрикцион требует частой регулировки.
ПЛАНЕТАРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА
Планетарные коробки передач могут служить механизмами поворота, если на каждый борт танка поставить по одной коробке (рис. 498); при этом отпадает необходимость в фрикционах, поскольку роль фрикциона в планетарной передаче выполняет тормоз.
Планетарные механизмы поворота могут быть одноступенчатыми (с одним расчетным радиусом) и многоступенчатыми (со многими расчетными радиусами).
Схема одноступенчатого планетарного механизма показана на рис. 499, а его устройство — на рис. 500. Одноступенчатый планетарный механизм состоит из уже знакомых нам деталей: солнечной шестерни, сателлитов, водил.: п зубчатого венца с тормозом. Солнечные шестерни левого и правого планетарных механизмов поворота установлены на ведущем валу этих механизмов, который одновременно служит поперечным валом конической передачи трансмиссии танка. Водило планетарного механизма через ведомый вал соединено с ведущим колесом танка. На ведомом валу установлен остановочный тормоз.
Рис, 498. Схема трансмиссии с одноступенчатыми планетарными механизмами поворота
Остановочный тормоз
Ведущий вал
Солнечная шестерня^ \
г
Сателлит "И
Водила
Ведомый вал
Зубчатый венец
Тормоз венца
Рис. 499. Схема одноступенчатого планетарного механизма поворота
При прямолинейном движении оба тормоза венцов планетарных механизмов затянуты, а оба остановочных тормоза отпущены; при этом ведомые валы планетарных механизмов вращаются с одинаковым числом оборотов, но медленнее ведущих (вследствие обкатывания сателлитов по неподвижному венцу). Для поворота необходимо отпустить тормоз венца планетарного механизма и затянуть остановочный тормоз; это соответствует выключению передачи бортовой коробки. Расчетный радиус поворота один, он равен ширине колеи танка (R? = B),
как у танка с бортовыми фрикционами. Увеличение радиуса достигается пробуксовкой остановочного тормоза.
По поворотливости танк с одноступенчатыми планетарными механизмами поворота ничем не отличается от танка с бортовыми фрикционами и обладает теми же недостатками в отношении расхода мощности и устойчивости поворота, что и бортовой фрикцион. Главное преимущество его — большая надежность в работе. Регулировать его приходится реже, чем бортовой фрикцион. Кроме того, для затяжки тормоза венца требуется меньшая сила, чем для выключения фрикциона; зато» затягивать остановочный тормоз тяжелее (на его валу момент больше, чем у такого же танка с бортовыми фрикционами).
Многоступенчатые планетарные механизмы состоят из двух планетарных коробок передач с несколькими передачами в каждой. На ведомом валу коробки ставится остановочный тормоз.
Ведомый вал
Тормоз венца
Зубчатый венец
Солнечная шестерня
Водило
Сателлит
Рис. 500. Устройство одноступенчатого планетарного механизма. Остановочный тормоз снят с ведомого вала
Ведуицийвал
Нведущему колесу
Водило Зубчатый венец
Рис» 591. Принципиальная схема двухступенчатого планетарного механизма поворота
Остановочный тормоз
z- Фрикцион
у? Тормоз солнечной шестерни
Привод от коробки передач
Многоступенчатые планетарные механизмы работают так же, как бортовые коробки передач. При прямолинейном движении включены одинаковые передачи обеих планетарных коробок. Для поворота выключается высшая передача коробки отстающей гусеницы и включается низшая, т. е. отпускается тормоз высшей передачи и затягивается тормоз низшей.
Число расчетных радиусов зависит от числа передач коробки. Наименьший расчетный ра
диус обычно равен ширине колеи; для поворота с таким радиусом выключают все передачи коробки отстающей гусеницы и затягивают остановочный тормоз. Поворот на промежуточных радиусах сопровождается пробуксовкой остановочного тормоза или тормоза одной из планетарных передач, заменяющего фрикцион бортовой коробки.
Применяемые на танках двухступенчатые планетарные механизмы имеют две передачи в каждой бортовой коробке. Двух передач для прямолинейного движения танка мало, поэтому нельзя обойтись без главной коробки передач, используемой в этом случае только для прямолинейного- движения. Однако число передач главной коробки можно уменьшить, так как двухступенчатый механизм поворота при прямолинейном движении может работать в качестве демультипликатора.
Двухступенчатый механизм дает два расчетных радиуса: R^ = B — при нейтрали и затянутом остановочном тормозе и /?рг > В — при включенной высшей передаче одной коробки и низшей — другой.
Чтобы упростить двухступенчатый планетарный механизм, второй планетарный ряд иногда заменяют фрикционом. Схемы такого механизма показаны на рис. 501 и 502, устройство его было рассмотрено в главе III.
Рассмотрим работу двухступенчатого планетарного механизма поворота в случае, когда оба тормоза — солнечной шестерни и остановочный — отпущены, а фрикцион включен. При включенном фрикционе солнечная шестерня соединена с водилом и, следовательно, может вращаться только в ту же сторону и с тем же числом оборотов, что и водило.
Будем вращать венец по часовой стрелке. Если сателлит начнет вращаться на своей оси, он будет вращать солнечную шестерню против часовой стрелки. В этом случае водило, связанное с солнечной шестерней, также должно повернуться в ту же сторону, т. е. в сторону, противоположную направлению вращения венца. Однако это невозможно. Вспомним пример с рычагом, заменяющим сателлит. Если поворачивать рычаг за один конец, его ось может либо оставаться неподвижной, либо перемещаться в ту же сторону. Следовательно, повернуть сателлит на оси не удастся.
Поскольку сателлит, не может вращаться на своей оси, то, действуя на его зуб (вращая венец), мы заставим водило, а с ним и солнечную 502
Рис. 502. Конструктивная схема двухступенчатого планетарного механизма поворота
шестерню вращаться в ту же сторону и с тем же числом оборотов, с каким вращается венец. Сателлит не обегает вокруг солнечной шестерни, а увлекает как ее, так и водило*; вся передача вращается как одно целое; передаточное число 2=1.
Условия работы фрикциона планетарной передачи значительно легче, чем обычного бортового фрикциона. Бортовой фрикцион передает весь крутящий момент, передаваемый к ведущему колесу, тогда как фрикцион планетарной передачи передает лишь небольшую часть крутящего момента; большая часть его передается непосредственно через ось сателлита на водило. Поэтому фрикцион значительно меньше бортового, и диски его изнашиваются меньше. Следовательно, работает он гораздо надежнее.
Если выключить фрикцион и затянуть тормоз солнечной шестерни, остановив ее, сателлиты начнут вращаться на своих осях, обегая неподвижную солнечную шестерню. Механизм будет работать, как обычный планетарный, причем водило будет вращаться медленнее венца (2 больше единицы).
Наконец, если отпустить тормоз солнечной шестерни и затянуть остановочный тормоз, планетарная передача будет выключена, а отстающая гусеница заторможена.
Управление танком осуществляется следующим образом. При прямолинейном движении на обоих бортах включена высшая передача (включены оба фрикциона). Для поворота с большим радиусом фрикцион на одном борту выключают, после чего затягивают тормоз солнечной шестерни. Различные радиусы поворота получаются в результате пробуксовки этого тормоза. При полной затяжке тормоза отстающая гусеница вращается — расчетный радиус будет больше В (обычно 3—4 В). Наконец, для крутого поворота тормоз солнечной шестерни отпускают и, не включая фрикцион, затягивают остановочный тормоз. При полностью затянутом тормозе отстающая гусеница неподвижна, расчетный радиус равен В.
Двухступенчатый механизм обеспечивает более устойчивый поворот, чем бортовой фрикцион. Действительно, при полностью затянутом тормозе солнечной шестерни поворот танка будет происходить с вполне определенным расчетным радиусом. При пробуксовке этого тормоза
радиус поворота может меняться, но он никогда не будет меньше расчетного на второй передаче (3—4 В), в то время как у танка с бортовыми фрикционами радиус поворота может меняться в более широких пределах — до радиуса, равного ширине колеи.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
ПРОСТОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ
Схема трансмиссии с простым дифференциалом показана па рис. 503. В зависимости от устройства различают дифференциалы конические и цилиндрические.
На рис. 504 показана схема конического дифференциала, а на рис. 505 — его устройство.
Рис, 503. Схема трансмиссии с простым дифференциалом
Дифференциал представляет собой планетарный механизм. Его водило, называемое обычно коробкой сателлитов, связано через коническую передачу с ведомым валом коробки передач. Каждый сателлит сцеплен с двумя шестернями полуосей (солнечными шестернями). Одна из них
соединена полуосью с правым, другая с левым
ведущим колесом
Коническая передача
Сателлит
Коробка сателлитов
Полуось
, Шестерня полуоси
танка. На полуосях поставлены тормоза (см. рис. 503).
Чтобы понять, как работает дифференциал, представим себе, что сателлиты в нем заменены рычажками (рис. 506, Л и Б). Рычажок средней частью установлен на оси, закрепленной в коробке сателлитов, а концы его находятся между зубьями полуосевых шестерен.
Пусть сопротивление движению обеих
Рис. 504. Схема простого конического дифференциала
гусениц одинаково и тормоза на полуосях отпущены (рис. 506, В). Тогда, чтобы
Сателлит
Коробка сателлитов
Рис. 505. Устройство простого конического дифференциала
повернуть каждую из шестерен полуосей, требуется одинаковая сила. Если начать вращать коробку сателлитов, рычажок, середина которого перемещается вместе с коробкой, увлечет обе шестерни полуосей.
Если танк движется по ровной дороге и на обеих гусеницах сопро--тивления одинаковы, коробка сателлитов, полуосевые шестерни и сателлиты вращаются как одно целое.
Если обозначить число оборотов коробки сателлитов через а число оборотов полуосей п2 и п\, то в этом случае
п2 = Л1 = пк.
Затянем частично тормоз одной полуоси так, чтобы он мог пробуксовать (рис. 506, Г). Тогда ведущее колесо этой полуоси начнет отставать. Вместе с ним будет отставать шестерня полуоси и связанный с нею конец рычажка. Рычажок начнет поворачиваться на своей оси. Ввиду того что середина рычажка перемещается вместе с коробкой сателлитов, заторможенный конец его будет отставать от середины, а свободный обгонять ее.
Пусть середина рычажка переместилась на расстояние пк (рис. 506, схема внизу). Заторможенный конец рычажка отстанет от середины на величину и пройдет расстояние щ = пк — пс. Рассматривая рисунок, нетрудно убедиться, что второй конец рычажка всегда будет обгонять середину на столько, на сколько отстает первый, т. е. на величину пс; значит, второй конец пройдет путь и2 — пк + пс. Отсюда следует, что связанная со свободным концом рычажка шестерня полуоси будет подгоняться им и вращаться быстрее коробки: и2 > пк, а вторая (заторможенная) будет задерживаться и вращаться медленнее коробки: п\ < пк.
От рычажка нетрудно перейти к сателлиту. В данном случае сателлит будет вращаться на своей оси, задерживая одну шестерню и подгоняя другую. Если коробка сателлитов сделает пк об/мин, то одна полуось (забегающая) будет делать п2 — пк + об/мин, а другая (отстающая) п\ = — пс об/мин, т. е. на сколько
увеличится число оборотов забегающей полуоси, на столько уменьшится число обооо-тов отстающей.
Сложим числа оборотов забегающей и отстающей гусениц:
п2 + щ ~ пк 4- пс + /2К — пс или
П2 + ПХ = 2пк.
Отсюда видно, что, как бы ни изменялось число оборотов полуосей, сумма их всегда останется одной и той же, если обороты двигателя постоянны; она равна удвоенному числу оборотов коробки сателлитов.
Рис. 506. Схема работы
простого конического дифференциала
Когда одна из полуосей, допустим первая, заторможена полностью, она не вращается, т. е. ее обороты П\ — 0; тогда л2 + 0 ~ 2zzK или /г2 = 2/гк. Следовательно, при полном торможении одной полу оси вторая полуось вращается вдвое быстрее коробки сателлитов.
Рассмотрим управление танка с дифференциалом.
Если сопротивление движению обеих гусениц одинаково и тормоза не затянуты, сателлиты не будут вращаться на своих осях и, следовательно, обе шестерни полуосей будут делать одинаковое число оборотов, равнее числу оборотов коробки сателлитов. Танк будет двигаться прямолинейно.
Чтобы повернуть танк, надо затянуть тормоз с той стороны, в которую нужно повернуться. Сателлиты начнут вращаться на своих осях, причем шестерня полуоси, связанная с отстающей гусеницей, будет вращаться медленнее, чем в случае прямолинейного движения танка, 506
а связанная с забегающей быстрее. Скорости гусениц станут неодинаковыми, и танк начнет поворачиваться.
Здесь выясняется одно отрицательное свойство дифференциала. При повороте необходимо, чтобы скорость отстающей гусеницы уменьшилась. Но увеличение скорости забегающей, гусеницы не является необходимостью; наоборот, оно нежелательно. Мощность, нужная для поворота, значительно превышает мощность прямолинейного движения. Из-за этого перед поворотом часто приходится переходить на низшую передачу, чтобы двигатель не заглох. Дифференциал же повышает скорость забегающей гусеницы, что еще более увеличивает нагрузку на двигатель.
Чем сильнее затянут тормоз, т. е. чем круче поворот, тем больше увеличивается скорость забегающей гусеницы, в то время как на крутых поворотах нагрузка на двигатель и без того весьма велика.
При полностью затянутом тормозе отстающая гусеница остановится, а забегающая станет вращаться вдвое быстрее, чем при прямолинейном движении (конечно, если число оборотов двигателя и передача коробки останутся прежними). В данном случае танк будет поворачиваться с расчетным радиусом 7?р = В; при этом вся мощность двигателя расходуется на внешние сопротивления, так как в тормозе мощность не расходуется (тормозной барабан не вращается). Поворот на всех остальных радиусах сопровождается пробуксовкой тормоза.
На рис. 503 показано распределение мощности при повороте танка с простым дифференциалом. Для сравнения с другими механизмами, рассмотренными нами выше, взят тот же радиус поворота (/? = 10 В) и та же скорость забегающей гусеницы. Мощность, подводимая к забегающей гусенице, как и ранее, принята за 100%. Вся эта мощность подводится от двигателя; циркуляции мощности нет, так как на пути возвращаемой мощности, на полуоси, стоит тормоз, и вся идущая от отстающей гусеницы мощность будет затрачена на трение в этом тормозе.
Как мы уже говорили, мощность внешних сопротивлений не зависит от того, какой механизм поворота установлен на танке. Поэтому из 100% мощности, подведенной к забегающей гусенице, как и в предыдущем случае, 35% будут израсходованы на этой гусенице на преодоление сопротивления грунта, а остальная мощность пойдет на отстающую гусеницу. Из этой мощности на внешние сопротивления затратится 31% мощности, а 34% будут переданы отстающей гусеницей тормозу и израсходуются в нем.
До сих пор никаких отличий в расходе мощности у простого дифференциала по сравнению с бортовым фрикционом и другими механизмами, работающими без циркуляции, мы не обнаружили. Но при повороте танка с бортовыми фрикционами один из них выключался, и тормозной барабан оказывался отключенным от двигателя. Поэтому приходилось удерживать тормозом только отстающую гусеницу, не давая ей увеличивать скорость. Дифференциал же сохраняет связь двигателя с тормозным барабаном. Двигатель стремится вращать отстающую полуось с той же скоростью, с какой он вращает забегающую. В силу этого часть мощности передается от двигателя через шестерни дифференциала на отстающую полуось. Эта мощность также расходуется в тормозе, так как для поворота она не нужна. Таким образом, мощность к тормозу подводится с двух сторон.
Для/?=10В мощность, подводимая от двигателя к тормозу отстающей гусеницы, составляет 90% мощности на забегающей гусенице. Таким образом, от двигателя требуется почти удвоенная мощность (190%), причем две трети этой мощности тратятся в тормозе (см. рис. 503). Потеря мощности в тормозах танка с простым дифференциалом будет почти вчетверо больше, чем в тормозах танка с бортовыми фрикционами, если скорости поворота одинаковы.
На рис. 507 показан цилиндрический дифференциал. Конический и цилиндрический дифференциалы работают одинаково, но устройство их разное. В цилиндрическом дифференциале каждый сателлит связан с одной шестерней полуоси непосредственно, а с другой — через второй сателлит.
Если при неподвижной коробке сателлитов начать вращать одну полуось дифференциала, через сателлиты вращение будет передаваться другой полуоси. Эта полуось будет вращаться в обратную сторону; в
Рис. 507. Устройство простого цилиндрического дифференциала
этом легко убедиться, сравнивая рис. 505 и 507. Торможение одной полуоси вызывает ускоренное вращение другой полуоси в цилиндрическом дифференциале точно так же, как в коническом.
Дифференциал — очень простой механизм, не требующий особого ухода. Дифференциалы широко распространены на автомобилях, они хорошо освоены и дешевы в производстве; поэтому с точки зрения чисто производственной их выгодно использовать и на танках. Однако вследствие большого расхода мощности при повороте танка простой дифференциал вышел из употребления на танках, хотя в прошлом он применялся довольно часто, особенно на легких танках с большой удельной мощностью.
ДВОЙНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛ
Двойные дифференциалы, так же как и простые, бывают конические и цилиндрические. На рис. 508 показана схема трансмиссии с двойным^ коническим дифференциалом. Схема двойного конического дифферен-' циала показана на рис. 509. Двойной конический дифференциал (рис. 510), так же как и двойной цилиндрический (рис. 511), отличается от простого тем, что имеет с каждой стороны по две солнечные шестерни — шестерню полуоси и тормозную — и двойные сателлиты — ведущий и тормозной. Отсюда и название двойной дифференциал. Тормозные барабаны в двойном дифференциале установлены не на полуосях, как в простом дифференциале, а жестко связаны с тормозными солнечными шестернями.
Когда тормоза отпущены и сопротивления на обеих гусеницах равны, двойной дифференциал работает точно так же, как простой: сателлиты не вращаются вокруг своих осей, а увлекают обе шестерни полуосей 508
Рис. 508, Схема трансмиссии с двойным дифференциалом
с одинаковой скоростью. Обороты полуосей равны оборотам коробки сателлитов, и танк движется прямолинейно.
Если полностью затянуть один из тормозов, например правый, тормозная шестерня остановится. Как и при остановке шестерни полуоси в простом дифференциале, сателлит начнет вращаться вокруг своей оси, ускоряя вращение левой тормозной шестерни. Вместе с тормозным сателлитом начнет вращаться ведущий сателлит, посаженный с ним на одну ось. Ведущий сателлит находится в зацеплении с шестернями полуосей. Вращаясь, он замедляет вращение отстающей полуоси и ускоряет вращение забегающей: танк поворачивается.
Тот радиус, на котором танк
поворачивается при полностью затянутом тормозе, будет расчетным, так как он наименьший; при этом радиусе мощность в тормозах не расходуется. У танка с простым дифференциалом отстающая гусеница при полностью затянутом тормозе останавливалась и расчетный радиус равнялся ширине колеи В. При двойном дифференциале расчетный радиус всегда больше ширины колеи, т. е. R?>B.
В существующих конструкциях двойных дифференциалов расчетный радиус находится в пределах от 2В до 5В.
Ионическая
передача
Коробка сателлитов I Ленточный z тормоз
Тормозная солнечная шестерня ^Полуось
Шестерня полуоси Полуось
/у ведущий сателлит
Тормозной 'сателлит
Рис, 509. Схема двойного конического дифференциала
Рис. 510. Устройство двойного конического дифференциала
Так как расчетный радиус — наименьший, танк с двойным дифференциалом не может поворачиваться вокруг неподвижной гусеницы, как это возможно при простом дифференциале или бортовых фрикционах, поэтому поворотливость танка ухудшается. Можно подобрать шестерни двойного дифференциала так, что расчетный радиус будет равен В, как у простого дифференциала. Но тогда двойной дифференциал станет работать, как простой, и потеряет все преимущества, которые он имеет по сравнению с ним.
Рис. 511. Устройство двойного цилиндрического дифференциала
При повороте танка с двойным дифференциалом на расчетном радиксе вся мощность двигателя идет на преодоление внешних сопротивлений, как у всякого механизма поворота. Поворот с радиусом больше расчетного сопровождается пробуксовкой тормоза; при этом скорость забегающей гусеницы увеличивается, а отстающей уменьшается, хотя и не на столько, как при полной затяжке тормоза.
На рис. 508 показано распределение мощности при повороте с радиусом/?= 10 В, когда расчетный радиус /?р = 5 В. Поскольку тормоза на полуоси нет, мощность с отстающей гусеницы может возвращаться на забегающую гусеницу, т. е. в этом механизме происходит циркуляция мощности. В связи с этим уменьшаются потери мощности в тормозе; в нашем примере они составляют 3%, поэтому из 100% мощности, которая подводится на забегающую гусеницу, только 69% идет от двигателя, а 31 % — от отстающей гусеницы.
4% мощности поступает к тормозу непосредственно от двигателя (сравните простой дифференциал, рис. 503), так что всего в тормозе затрачивается 7% мощности, т. е. несколько больше, чем у бортовой коробки или планетарного механизма с тем же расчетным радиусом. Но все же на этом радиусе поворота (10В) потеря мощности в тормозе в 5 раз меньше, чем у бортового фрикциона, и почти в 20 раз меньше, чем у простого дифференциала. При меньших расчетных радиусах выигрыш в мощности меньше, но даже при/?р=2В двойной дифференциал расходует в 4—5 раз меньше мощности в тормозах, чем простой, и примерно вдвое меньше, чем бортовой фрикцион.
Недостаток двойного дифференциала — ограниченная поворотливость танка вследствие большого расчетного радиуса (больше В).
Кроме того, двойному дифференциалу, как и всем вообще дифференциальным механизмам, присущ другой серьезный недостаток. Если сопротивление движению одной из гусениц станет больше, чем другой, например, если одна из гусениц погрузится в грязь или снег или если танк движется с креном на борт, танк будет «уводить» в сторону; как и при торможении одной полуоси, сателлиты начнут вращаться вокруг своих осей, ускоряя движение той гусеницы, на которой сопротивление меньше. При движении придется постоянно выравнивать танк тормозом, что усилит износ тормоза.
Если одна из гусениц буксует или сорвана, танк с дифференциалом перестает двигаться.
Выше указывалось, что скорость вращения полуосей танков с дифференциальными механизмами одинакова лишь в случае одинакового сопротивления на полуосях. Сопротивление движению танка под буксующей гусеницей значительно меньше, чем под той гусеницей, где буксования нет, поэтому небуксующая гусеница останется неподвижной, а буксующая гусеница будет вращаться с удвоенной скоростью. Чтобы сдвинуть танк с места, надо затянуть тормоз буксующей гусеницы.
ПРИВОДЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ ПОВОРОТА
ТРЕБОВАНИЯ К ПРИВОДАМ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ ПОВОРОТА
Приводы управления механизмами поворота должны позволять механику-водителю поворачивать танк с любым радиусом — от наибольшего, когда танк движется прямолинейно, до наименьшего расчетного; при этом переход от одного радиуса к другому должен совершаться плавно.
Изменение радиуса поворота достигается сначала переключением передачи коробки (ступени механизма) отстающей гусеницы с высшей
на низшую или с низшей на нейтраль, а затем регулированием пробуксовки тормоза или фрикциона.
Так, для получения различных радиусов поворота танка с двухступенчатым планетарным механизмом надо сначала выключить на отстающей стороне высшую (вторую) ступень и постепенно затягивать тормоз первой ступени до отказа, а потом выключить первую ступень и, перейдя на нейтраль, т. е. отъединив ведущее колесо отстающей гусеницы от двигателя, снова постепенно затягивать остановочный тормоз до отказа. Это правило действительно для любого независимого механизма. На тапках с дифференциалом тормоз затягивается без отключения полуоси.
Таким образом, управление механизмами поворота сводится к чередованию включения и выключения фрикционных устройств в строгой последовательности. Управление правой и левой гусеницами осуществляется обычно отдельными рычагами, причем изменение положения рычага от крайнего переднего до крайнего заднего изменяет радиус поворота от наибольшего до наименьшего.
Значительно реже применяется для управления рулевое колесо (штурвал). Поворот штурвала вправо соответствует передвижению правого рычага, а поворот влево — левого.
Для торможения танка желательно иметь ножной привод, который воздействовал бы на оба остановочных тормоза, не влияя на механизмы поворота. Это особенно важно при спуске танка с горы.
Механизм управления должен быть устроен так, чтобы механик-водитель прилагал силу только на ту операцию, которая необходима в данный момент. Поясним это примером. Для поворота танка с бортовыми фрикционами нужно выключить один фрикцион, а затем затянуть тормоз. Допустим, что для выключения фрикциона требуется сила на рычаге, равная 20 кг, а для затяжки тормоза — 30 кг. При правильно устроенном механизме силу 20 кг механик-водитель прикладывает только до тех пор, пока фрикцион не выключится; в это время не требуется сила для затяжки тормоза. Когда фрикцион будет выключен, удерживать его пружины в сжатом положении механику-водителю не потребуется, так что на время затяжки тормоза ему придется приложить на рычаге силу только 30 кг.
ПРИВОД к ТОРМОЗУ
Простейший привод управления — привод к тормозу показан на рис. 512. Если передвигать рычаг, то вместе с ним будет передвигаться тяга, вызывающая затягивание тормоза; чем больше ход рычага, тем
Рис. 512. Простейший привод к тормозу
сильнее затягивается тормоз и тем меньше радиус поворота танка. При крайнем заднем положении рычага тормоз затянут до отказа, тормозной барабан не вращается, и танк поворачивается с расчетным радиусом.
Такое устройство позволяет выполнять только одну операцию —• затягивать тормоз; следовательно, оно пригодно лишь для управления дифференциалами — простым или двойным.
ПРИВОД УПРАВЛЕНИЯ БОРТОВЫМ ФРИКЦИОНОМ И ТОРМОЗОМ
На рис. 513 показан привод управления бортовым фрикционом и тормозом. Сравнительно с рассмотренным ранее этот привод сложнее. Он состоит из двух тяг, одна из которых разрезная. Половины разрезной тяги соединены вилкой с прорезью, в которую входит палец. В начале хода рычага управления тормоз не затягивается. Передняя половина тормозной тяги движется, а палец свободно скользит в прорези вилки задней половины тяги до тех пор, пока не упрется в конец вилки.
Лишь после этого тормоз начинает затягиваться.
Рис. 513. Привод управления бортовым фрикционом и тормозом
Таким образом, в начале хода рычага происходит выключение фрикциона, после чего начинается затяжка тормоза. Тяга фрикциона в таком приводе движется все время, пока перемещается рычаг управления, даже после того, как фрикцион выключится; поэтому во время торможения работа механика-водителя бесполезно затрачивается на дополнительное сжатие пружин фрикциона. Такой привод хотя и обеспечивает надлежащую последовательность операций управления, но не разделяет сил. Его применяли только на легких танках, для управления которыми не требовалось значительной силы.
РАЗДЕЛИТЕЛЬ
Чтобы уменьшить силу, необходимую для управления механизмами поворота, в привод вводят разделитель (рис. 514). Для этого конец передней тяги, идущей от рычага управления, соединяют с валиком, на котором сидит кулачок разделителя. Кулачок разделителя (рис. 514, 515, А) представляет собой шайбу, имеющую рабочую и нерабочую поверхности (профили). Форма рабочего профиля такая, что, когда кулачок поворачивается, ролик, прижатый к нему, отходит назад. При этом
Рис. 514. Привод с разделителем
тяга, идущая к фрикциону, перемещается, выключая фрикцион (рис. 515, Б). Второй профиль — нерабочий — представляет собой дугу
окружности, центр которой находится на оси кулачка. Катясь по этой
окружности, ролик не перемещается. Следовательно, не происходит и дальнейшего сжатия пружин фрикциона (рис. 515, В и Г). Пока происходит выключение фрикциона, тормоз еще не затягивается, так как палец рычажка тормоза скользит в прорези вилки тяги (см. рис. 514). Когда фрикцион выключится полностью, палец тормозной тяги пройдет всю прорезь, упрется в пе
реднюю стенку вилки, и тормоз начнет затягиваться.
Во время выключения фрикциона, пока ролик катится по рабочему профилю кулачка, сжатые пружины фрикциона, стремясь разжаться, действуют через детали механизма выключения и привода и прижимают ролик к кулачку (рис. 516, вверху). Таким образом, со стороны ролика на кулачок
Пара сил препятствует
Рис. 515. Работа разделителя Рис, 516. Силы, действующие на кулачок разделителя
действует сила, стремящаяся сдвинуть кулачок. Линия действия этой силы не проходит через ось кулачка, поэтому она вместе с вызываемой ею силой сопротивления, приложенной к оси кулачка, создает пару сил. Эта пара сил препятствует повороту кулачка все то время, пока ролик катится по рабочему профилю. Чтобы повернуть кулачок, механик-водитель должен приложить силу к рычагу управления. Когда ролик перейдет на нерабочий профиль (рис. 516, внизу), линия действия силы от сжатых пружин проходит через ось кулачка, и плечо пары сил равно нулю. Следовательно, механику-водителю после выключения фрикциона приходится прилагать силу к рычагу лишь для затяжки тормоза, в дополнение к этому требуется небольшая сила для преодоления трения ролика, катящегося по кулачку.
ПРИВОД УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСТУПЕНЧАТЫМИ МЕХАНИЗМАМИ
Если механизм поворота имеет не одну, а несколько ступеней (несколько расчетных радиусов), привод управления будет более сложным, так как в таком механизме больше тормозов или фрикционов, которые должны при различных положениях рычага управления вступать в работу и прекращать ее.
Для примера рассмотрим принципиальную схему привода управления двухступенчатым планетарным механизмом поворота (рис. 517). В этом механизме два тормоза планетарных передач и один остановочный тормоз. Один из тормозов планетарных передач может быть заменен фрикционом, работа привода при этом не изменится. Для управления тремя тормозами служит валик с тремя различными по форме кулачками. Каждый из кулачков при повороте валика действует на ролик, связанный тягой с одним из тормозов. Ролик всегда прижат пружиной к кулачку. Пружины стремятся разжаться и тем самым затянуть тормоз.
Когда рычаг управления находится в крайнем переднем положении, в механизме включена вторая передача (ступень). Тормоз этой передачи затянут до отказа и удерживается в этом положении пружиной, остальные два тормоза отпущены. Ролик 2 этой передачи (рис. 517, внизу) входит в выемку кулачка у точки а, но не касается его, так как тормоз полностью затянут (зазор между лентой и барабаном равен нулю, см. диаграмму справа). Легко понять, что, если бы ролик касался кулачка, полной затяжки не было бы. Другие два ролика (/ и 0 на рис. 517) касаются своих кулачков в точках б. Кулачки не дают пружинам переместить тяги и затянуть тормоза; оба тормоза отпущены (по диаграмме зазор между лентой и барабаном наибольший). Сила сжатых пружин не передается рычагу управления, так как линия действия сил проходит через ось валика, на котором сидит кулачок, как в рассмотренном выше случае с разделителем.
При движении рычага управления по стрелке валик поворачивается. Кулачок 2, действуя на ролик, двигает тягу, отводя ролик и отпуская тормоз. Вторая ступень выключается, и зазор в тормозе увеличивается (см. диаграмму). Одновременно кулачок 1 освобождает ролик первой ступени, и тормоз этой ступени под действием пружины затягивается; зазор между лентой и барабаном тормоза постепенно уменьшается до нуля. Ролик 0 остановочного тормоза катится по нерабочему профилю кулачка, так что остановочный тормоз не затягивается, и зазор в нем остается прежним (участок бв верхней диаграммы).
Так продолжается, пока ролик 2 не дойдет до точки б, ролик 7 — до точки а и ролик 0 — до точки в. В тот момент, когда ролики 2, 1 и О достигнут указанных точек, первая ступень полностью включится.
516
Рис. 517. Работа привода управления двухступенчатым механизмом поворота танка
Рис. 518. На легких танках иногда применялся простой привод, имеющий два рычага разной длины
При дальнейшем движении рычага ролик 2 катится по нерабочей поверхности бв кулачка, и зазор в тормозе второй ступени остается постоянным (участок бв нижней диаграммы). Кулачок /, нажимая на ролик (участок ав средней диаграммы), выключает тормоз первой ступени, зазор в тормозе увеличивается, и первая ступень выключается. В то же время кулачок 0 освобождает ролик, катящийся по участку ва* и пружина затягивает остановочный тормоз. Движение рычага управления в обратном направлении приводит тормоза в действие в обратном порядке.
Сравнивая рассмотренный нами привод управления с приводами для более простых механизмов, нетрудно убедиться, что последние представляют собой более или менее сложные варианты основной схемы. Для одноступенчатого механизма (бортовой фрикцион с тормозом) достаточно двух кулачков (вместо трех), а для упрощения устройства один кулачок можно заменить прорезью в вилке тормозной тяги (см. рис. 514).
Если отказаться от разделения сил, например на легком танке, кулачки могут быть заменены двумя тягами, из которых одна будет с прорезью (см. рис. 513) или двумя рычагами разной длины (рис. 518). Короткий рычаг связан тягой с тормозом, длинный — с бортовым фрикционом. Так как тяга длинного рычага перемещается быстро, фрикцион выключится раньше, чем затянется тормоз.
Наконец, для дифференциала требуется всего один кулачок, поэтому рычаг управления можно соединить тягой непосредственно с тормозом так же, как это было показано на рис. 512.
Для управления механизмами поворота применяют сервоустройства, подобные рассмотренным выше устройствам для выключения главного фрикциона и переключения передач. В этом случае рычаг управления механизмами поворота воздействует на клапаны (краны), через которые сжатый воздух или жидкость проходит в рабочие цилиндры. Когда какой-нибудь цилиндр включается, соответствующий тормоз затягивается (или фрикцион выключается), когда тот же цилиндр выключается — тормоз отпускается.
РЕГУЛИРОВКА ПРИВОДОВ
Приводы управления регулируются с целью обеспечить нужную последовательность, а также своевременное начало и конец работы каждого из тормозов или фрикционов. Это достигается установкой роликов и кулачков (пальцев в прорезях тяг) в строго определенном взаимном положении друг к другу.
Фрикционные механизмы необходимо заранее отрегулировать. Фрикционы надо отрегулировать на полное включение и выключение; в тормозах должен быть отрегулирован нормальный зазор между лентой (колодкой, если тормоз колодочный) и барабаном.
Неправильная регулировка механизмов и приводов управления приводит к нарушению работы механизмов поворота, вследствие чего танк поворачивается плохо или совсем не поворачивается. Так, если остановочный тормоз затягивается слишком рано, он тормозит отстающую гусеницу, не отключенную от двигателя, т. е. к тормозу подводится мощность двигателя. Двигатель при этом может заглохнуть, а тормоз притти в негодность от чрезмерного нагрева. Если зазор в тормозе слишком велик, соответствующая передача (ступень) механизма поворота не включается полностью, танк не поворачивается с расчетным радиусом, а тормоз все время буксует и перегревается.
ТРАНСМИССИИ С ДВОЙНЫМ подводом мощности
В рассмотренных выше трансмиссиях механизмы поворота работают независимо от других механизмов трансмиссии в том смысле, что устройство последних ни в какой мере не влияет на радиусы поворота танка и на расход мощности в тормозах. В частности, замена в трансмиссии одной коробки передач другой, с другим числом передач и другими передаточными числами, непосредственно не отразится на поворотливости танка; это влияние скажется лишь косвенно, поскольку силы тяги и скорости движения танка изменятся.
При обычном разделении трансмиссии на два самостоятельных узла —коробку передач для прямолинейного движения, механизмы поворота для осуществления поворота — автоматической связи между скоростью танка и радиусом его поворота не будет.
Однако в некоторых трансмиссиях такая связь существует: при большей скорости движения поворот совершается только с большими радиусами, при малых — с любыми, не исключая и самых малых, необходимых для обеспечения достаточной маневренности танка.
Трансмиссии такого типа называются трансмиссиями с двойным подводом мощности, так как мощность к механизмам поворота подводится в них двумя потоками. В таких трансмиссиях механизмы поворота и коробка передач работают как одно целое. Существенной особенностью этих трансмиссий является наличие различных радиусов поворота на каждой передаче в коробке передач. Таких радиусов обычно бывает один, реже два, поэтому общее число расчетных радиусов поворота танка равно обычно числу передач коробки, т. е. не менее четырех. Высшим передачам (большим скоростям) соответствуют большие радиусы поворота, низшим — малые.
Трансмиссии подобного типа могут различаться по устройству, но все они объединены одной общей чертой: их механизмы поворота имеют двойную связь с двигателем — через коробку передач и помимо нее; поэтому такие трансмиссии несколько сложнее рассмотренных нами обычных трансмиссий, что является их недостатком.
Остановимся на схемах двух трансмиссий с двойным подводом мощности дифференциальной к независимой.
ТРАНСМИССИЯ С ДИФФЕРЕНЦИАЛОМ
На рис. 519 приведена принципиальная схема трансмиссии с дифференциалом, а на рис. 520 —схема ее устройства.
Коленчатый вал двигателя через карданный вал и коническую передачу приводит во вращение коробку сателлитов простого дифференциала. От коробки сателлитов вращение передается через пару шестерен
Рис. 519. Принципиальная схема дифференциальной трансмиссии с двойным подводом мощности
полому ведущему валу коробки передач. Внутри ведущего вала проходит ведомый вал коробки передач. На обоих концах ведомого вала установлены солнечные шестерни планетарных передач. Зубчатые венцы планетарных передач приводятся во вращение полуосями дифференциала через промежуточные (паразитные) шестерни. Кроме того, венцы могут тормозиться установленными на них тормозами.
Рис. 520. Конструктивная схема дифференциальной трансмиссии
Солнечная шестерня и водило вращаются в одну сторону
Солнечная шестерня вращается по часовой стрелке быстрее зубчатого венца
Рис. 521. Работа планетарного механизма при неподвижном и вращающемся венце
В планетарных передачах, рассмотренных нами выше, одна ив деталей— солнечная шестерня или. венец — в рабочем положении была неподвижна. В данном механизме в рабочем положении вращаются и солнечная шестерня и венец. Из рис. 519 и 520 видно, что они вращаются в разные стороны. Сателлиты в этом случае вынуждены двигаться вокруг солнечной шестерни и приводить во вращение водило. Но водило делает меньше оборотов, чем при неподвижном венце. В этом легко убедиться, если рассмотреть пример с рычажками, заменяющими сателлиты (рис. 521). Так как один конец рычажка, связанный с венцом, перемещается в одну сторону, а другой, связанный с солнечной шестерней (рис. 521,Б),—(в другую, середина рычажка (водило) будет двигаться медленнее, чем в том случае, когда один конец неподвижен (рис. 521, А). Направление движения середины рычажка, т. е. направление вращения водила, определяется числом оборотов солнечной шестерни и венца, точнее — соотношением их окружных скоростей. В рассматриваемой нами схеме солнечная шестерня вращается значительно быстрее венца. Следовательно, водило будет вращаться в ту же сторону, что и солнечная шестерня.
Предположим, что тормоза венцов отпущены. Числа оборотов солнечных шестерен одинаковы, так как обе они установлены на ведомом валу коробки передач. Числа оборотов обоих венцов также одинаковы, поскольку равны числа оборотов полуосей дифференциала (дифференциал вращается как одно целое), поэтому оба водила также имеют одинаковые обороты и танк движется прямолинейно.
Затянем до отказа тормоз одною из венцов, например левого. Венец остановится, а число оборотов солнечной шестерни останется прежним, поэтому число оборотов левого водила увеличится и, поскольку водило связано с ведущим колесом, скорость левой гусеницы возрастет. Вследствие торможения левого венца остановится левая полуось дифференциала, число оборотов правой полуоси удвоится, и правый венец начнет вращаться вдвое быстрее, чем при прямолинейном движении. Так как он вращается в противоположном направлении по отношению к солнечной шестерне (притормаживает водило), то правое водило уменьшит число оборотов, и скорость правой гусеницы снизится.
Таким образом, три затяжке левого тормоза танк будет поворачиваться направо, а при затяжке правого — налево. Разумеется, для сохранения привычного управления танком левый рычат должен обеспечивать левый поворот, а правый рычаг — правый, ввиду этого левый рычаг со-едипяют с правым тормозом и, наоборот, правый рычаг—с левым тормозом.
Каким же образом на каждой передаче получается свой расчетный радиус поворота?
Пусть танк движется на третьей передаче и солнечные шестерни обоих планетарных рядов делают по 3000 об/мин, а венцы, вращающиеся в обратную сторону, по 200 об/мин. При этом размеры шестерен планетарных передач таковы, что каждое водило, вращаясь в ту же сторону, что и солнечная шестерня, делает 1100 об/мин.
Затормозим до отказа левый венец. Левое водило вследствие этого начнет вращаться быстрее и будет делать 1200 об/мин. Обороты правого венца, связанного с левым через дифференциал, увеличатся вдвое, т. е. до 400 об/мин, поэтому число оборотов правого водила упадет до 1000 об/мин. Танк повернется вправо, причем данному соотношению скоростей -гусениц соответствует расчетный радиус поворота 6В.
Положим далее, что на первой передаче солнечные шестерни делают 1200 об/мин. Так как венцы связаны с двигателем помимо коробки передач, то их обороты попрежнему равны 200 об/мин. Водила в этом случае целают около 350 об/мин. При торможении левого венца обороты левого водила возрастут почти до 500 об/мин, а обороты правого уменьшатся до 250 об/мин. При таком соотношении скоростей гусениц радиус поворота равен 2В.
Таким образом, благодаря двойной связи планетарной передачи с двигателем — через коробку передач и помимо нее — отношения скоростей забегающей и отстающей гусениц, а следовательно, и расчетные радиусы поворота на разных передачах будут различны. Чем выше передача, тем больше радиус поворота и наоборот. Так, на третьей передаче при остановке венца обороты одного водила увеличиваются, а другого уменьшаются всего на 10%, в то время как на первой передаче ввиду меньшей скорости солнечной шестерни изменение оборотов достигает 30 %.
Таким же точно образом работает передача, если с ведомым валом коробки соединен венец, а с полуосями дифференциала — солнечные шестерни.
Итак, количество расчетных радиусов соответствует числу передач коробки. Кроме того, при такой трансмиссии возможен поворот танка с /?p = Z? и = Нетрудно убедиться, что трансмиссия работает с циркуляцией мощности.
Управление поворотом сводится к затяжке тормоза, как при простом дифференциале.
ТРАНСМИССИЯ БЕЗ ДИФФЕРЕНЦИАЛА (НЕЗАВИСИМАЯ)
Схема независимой трансмиссии (без дифференциала) показана на рис. 522. В ней дифференциал заменен двумя фрикционами. Ведущий барабан каждого фрикциона соединен с коленчатым валом двигателя при помощи цилиндрических и конических шестерен, помимо коробки передач. Ведомый барабан фрикциона связан с солнечной шестерней планетарного механизма, на валу которой, кроме того, установлен тормоз.
Когда танк движется прямолинейно, оба тормоза солнечных шестерен затянуты, а фрикционы выключены. Солнечные шестерни не вращаются
Рис, 522, Схема независимой трансмиссии с двойным подводом мощности
(положение Л). Двигатель через коробку передач и ппжпий поперечный вал вращает зубчатые венцы. Сателлиты, обкатываясь вокруг солнечных шестерен, увлекают за собой водила и связанные с ними ведущие колеса танка.
Чтобы повернуть танк, надо отпустить тормоз солнечной шестерни и включить фрикцион (положение Б). Солнечная шестерня начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения зубчатого венца.
Так как венец увлекает водило в одну сторону, а солнечная шестерня старается увлечь его в другую, число оборотов водила и соединенной с ним гусеницы уменьшается, поэтому танк поворачивается в сторону включенного фрикциона.
Расчетный радиус поворота определяется соотношением чисел оборотов венца и солнечной шестерни. Обороты солнечной шестерни не зависят от передачи, включенной в коробке, так как фрикцион соединяет солнечную шестерню с двигателем, минуя коробку, а число оборотов венца тем меньше, чем ниже передача; поэтому расчетные радиусы на разных передачах будут различными, как и в предыдущем случае.
В отличие от рассмотренного выше дифференциального механизма, данный механизм не увеличивает скорости забегающей гусеницы при повороте, так как число оборотов ее венца остается прежним, а солнечная шестерня не вращается. В этом заключается одно из преимуществ данной трансмиссии по сравнению с дифференциальной. Другим преимуществом только что рассмотренной трансмиссии является то, что при помощи фрикционов можно увеличивать силу тяги на ведущих колесах, не переходя на низшую передачу. Если на обоих бортах отпустить тормоза и включить фрикционы, число оборотов ведущих колес уменьшится, а сила тяги возрастет. Это значит, что рассмотренным планетарным механизмом можно пользоваться как демультипликатором; в этом отношении он схож с двухступенчатым планетарным механизмом поворота.
Рис. 523. Зависимость удельной мощности внешних сопротивлений от радиуса доворота и скорости на передачах в трансмиссии без дифференциала
При прямолинейном движении танка с включенными фрикционами поворот производится путем выключения одного фрикциона и затяжки остановочного тормоза, как при обычном бортовом фрикционе. Расчетный радиус поворота в этом случае всегда будет равен ширине колеи.
Выясним, какой величины должны быть расчетные радиусы, чтобы танк имел возможность поворачиваться на всех передачах.
Пусть расчетные скорости танка на передачах известны. Тогда можно, пользуясь данными графика на рис. 489, определить мощность внешних сопротивлений для всех радиусов. На рис. 523 приведены подсчитанные таким путем мощности для трансмиссии без дифференциала.
Рис, 524, Зависимость мощности внешних сопротивлений от радиуса поворота и скорости на передачах в трансмиссии с дифференциалом
Понятно, что чем выше передача (больше скорость), тем больше и мощность внешних сопротивлений.
График позволяет определить расчетные радиусы для каждой из передач. Действительно, мощность внешних сопротивлений не должна превышать мощность двигателя, иначе поворот будет невозможен. Пусть удельная мощность двигателя равна 15 л. с./т. Тогда пересечение горизонтальной линии, соответствующей 15 л.с./т, с кривыми графика определит наименьшую величину расчетного радиуса для данной передачи. Так, на четвертой передаче расчетный радиус должен быть не менее 10В. Если принять его равным 6В (см. рис. 523), танк на этом радиусе с данной скоростью повернуться не сможет, так как не хватит мощности двигателя.
На рис. 524 приведен подобный же график для трансмиссии с дифференциалом. Увеличение мощности в этом случае объясняется тем, что скорость забегающей гусеницы при повороте будет больше, чем она была при прямолинейном движении. Увеличение скорости забегающей гусеницы тем больше, чем меньше радиус поворота.
Совершенно естественно, что расчетные радиусы для дифференциальной трансмиссии получаются большими, чем для трансмиссии без дифференциала.
ПОВОРОТ ТАНКА С ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ
При гидравлической трансмиссии на танке могут быть установлены механизмы поворота любого типа — фрикционы, планетарные, дифференциалы и т. д. В этом случае поворот не будет отличаться от поворота танка с обычной коробкой передач.
Если установить в трансмиссии планетарные механизмы с двойным подводом мощности, т. е. соединить одну из шестерен планетарного ряда с коленчатым валом двигателя, минуя гидравлическую передачу, а другую— через гидравлическую передачу (на рис. 519 и 522 гидравлическая передача займет место коробки передач), то поворот на любом радиусе может происходить без потери мощности в тормозах. Однако поворот будет неустойчивым даже при полностью затянутом тормозе (включенном фрикционе).
Действительно, пусть танк с гидравлической передачей, установленной по схеме рис. 522, движется прямолинейно. Скорость танка в этом случае, как было показано в предыдущей главе, устанавливается автоматически, в зависимости от сопротивления движению. Включим фрикцион отстающей гусеницы. Начнется поворот, и сопротивление на забегающей гусенице увеличится, что вызовет уменьшение числа оборотов ведомого вала гидравлической передачи, соединенного с венцами планетарных рядов. Произойдет как бы переход на низшую передачу. Но каждой «передаче» соответствует свой радиус поворота. Поэтому непрерывно меняющиеся сопротивления вызовут непрерывное изменение радиуса поворота. При этом скорость забегающей гусеницы уменьшается по сравнению с прямолинейным движением и для поворота танка требуется меньшая мощность. Это выгодно, но так как радиус поворота установится самопроизвольно, то, чтобы танк повернулся с нужным радиусом, придется заставить фрикцион пробуксовывать. Следовательно, в действительности поворот без потери мощности в фрикционе (тормозе) на любом заданном радиусе невозможен и при гидравлической трансмиссии.
ПОВОРОТ ТАНКА С ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИЕЙ
В отличие от танков с механической трансмиссией, в танках с электрической трансмиссией легко объединить механизмы, обеспечивающие изменение силы тяги и скорости при прямолинейном движении, с механизмами поворота, если установить два электромотора — по одному на каждую гусеницу.
Рассмотрим поворот танка с электрической трансмиссией, схема которой была дана в предыдущей главе. Схема работы трансмиссии при повороте показана на рис. 525.
Рис. 525. Схема работы электрической трансмиссии при повороте танка
Чтобы повернуть танк, при помощи реостата увеличивают силу тока, идущего в обмотку возбуждения электромотора отстающей гусеницы. Как уже говорилось в предыдущей главе, увеличение тока в обмотке возбуждения вызывает снижение оборотов электромотора, а значит, и снижение оборотов ведущего колеса отстающей гусеницы.
Забегающая гусеница через корпус увлекает отстающую гусеницу, стремясь заставить ее вращаться быстрее, чем ее вращает электромотор. В этом случае электромотор перестает быть источником движения, и гусеница через ведущее колесо вращает его якорь. Это значит, что электромотор становится генератором. Он уже не потребляет ток от основного генератора. Наоборот, сам электромотор Mi отстающей гусеницы подает ток в общую цепь, передающую энергию электромотору М2 забегающей гусеницы. Тем самым облегчается работа основного генератора Г, а значит, и двигателя. Необходимо только, чтобы напряжение на щетках электромотора (ставшего генератором) было равно напряжению на щетках основного генератора; тогда в сети окажутся два источника тока, соединенных параллельно и питающих один и тот же потребитель — электромотор забегающей гусеницы.
При повороте танка с электрической трансмиссией происходит циркуляция мощности совершенно так же, как при повороте танка с двойным дифференциалом или планетарными механизмами, имеющими расчетный радиус больше В.
Существование циркуляции мощности доказывалось ранее только путем рассуждений. В данном же случае возвращаемая мощность может
быть замерена приборами. Если в цепь включить амперметр, он покажет, что при повороте танка ток идет не к электромотору отстающей гусеницы, а от него — к электромотору забегающей гусеницы.
Радиус поворота определяется тормозной силой, создаваемой на отстающей гусенице, т. е. в конечном счете силой тока в обмотке возбуждения электромотора этой гусеницы. Устойчивость поворота танка с электрической трансмиссией не обеспечивается, так как изменение сопротивления автоматически вызывает изменение скоростей гусениц и радиусов поворота.
Надо заметить, что неустойчивым будет также и прямолинейное движение, поскольку изменение сопротивления движению одной из гусениц вызовет изменение числа оборотов ее электромотора и танк будет уводить в сторону (как при дифференциале).
Из сказанного следует, что при электрической трансмиссии поворот без потерь может происходить на всех радиусах, на которых напряжение электромотора отстающей гусеницы не ниже напряжения генератора. Если при каком-либо радиусе поворота последнее условие не соблюдено (например, когда сила тока возбуждения достаточно велика, но малы обороты якоря), поворот можно будет произвести при помощи реостата, включенного между генератором и электромотором (на схеме не показан); при этом мощность двигателя будет тратиться на нагрев реостата так же, как она тратится на нагрев тормозов в обычных трансмиссиях.
Все сказанное относится к радиусам поворота, величина которых больше ширины колеи. Чтобы произвести поворот с радиусом меньше ширины колеи, переключают ток (изменяют его направление) в обмотке возбуждения электромотора отстающей гусеницы. Так как направление вращения якоря изменится, гусеница начнет вращаться в обратную сторону.
На некоторых танках с электротрансмиссией поворот осуществлялся при помощи тормозов, как в обычных трансмиссиях; это позволяло более точно регулировать поворот, но в тормозах расходовалась часть мощности двигателя точно так же, как это происходит в других механизмах поворота.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЗМОВ ПОВОРОТА
Как мы уже указывали, поворотливость танка оценивается двумя величинами: угловой скоростью поворота и наименьшим радиусом, с которым может совершаться поворот. Чем выше угловая скорость, тем танк маневреннее, тем меньше времени потребуется на совершение поворота с одним и тем же радиусом.
Если подойти к оценке механизмов поворота с этой точки зрения, то надо отметить, что на одной и той же передаче коробки передач танк с дифференциалом будет иметь большую угловую скорость, чем танк с независимыми механизмами. Действительно, при повороте танка с дифференциалом скорость его забегающей гусеницы гь возрастет на столько, на сколько снизится скорость отстающей гусеницы (рис. 526), при этом средняя скорость остается такой же, какой она была при прямолинейном движении.
У танка с независимыми механизмами неизменной остается скорость забегающей гусеницы, если, конечно, не меняется число оборотов коленчатого вала двигателя. Но тогда при одном и том же радиусе поворота средняя скорость vQ должна уменьшиться. Как видно из графика, угловая 526
скорость танка с дифференциалом будет выше, чем скорость танка с независимыми механизмами.
Однако при повороте с более высокой средней скоростью увеличится потребная мощность двигателя. Если на данной передаче мощности не хватит, придется перейти на более низкую передачу, т. е. снизить угловую скорость поворота танка, поэтому обеспечение высокой угловой скорости поворота следует проверять по расходу мощности, затрачиваемой на поворот. Потребная мощность будет тем меньше, чем меньше мощности тратится в тормозах.
Величина расходуемой тормозной мощности позволяет одновременно оценить надежность фрикционных механизмов (фрикционов или тормозов), так как чем меньше потеря мощности в них, тем меньше износ этих механизмов и тем менее вероятен выход их из строя («сгорание»).
На рис. 527 показаны графики расхода мощности при пово-
Рис. 526. Скорость танка при повороте с дифференциалом и независимыми механизмами
роте танков с различными меха-
низмами поворота. Разумеется, расход мощности для сравниваемых механизмов подсчитан в предположении одинаковых условий их работы,
т. е. рассматривался поворот танков равного веса на одном и том же грунте и при одной и той же угловой скорости. На нижней кривой каждого графика показана мощность внешних сопротивлений, она одинакова для всех механизмов. Верхняя кривая показывает изменение потребной мощности. Заштрихованная часть диаграммы показывает тор
мозную мощность.
Из графиков видно, что двухступенчатый планетарный механизм обеспечивает весьма значительную экономию мощности по сравнению с бортовым фрикционом. Более сложная трансмиссия с двойным подводом мощности позволяет еще несколько снизить потери мощности,
но лишь в весьма узком интервале малых радиусов поворота, что мало скажется на общем расходе мощности.
Все дифференциальные механизмы, сохраняющие при повороте среднюю скорость Уо постоянной, обусловливают большие потери мощности в сравнении с независимыми механизмами. Наибольшие потери дает простой дифференциал — самый неэкономичный из всех механизмов поворота. Потеря мощности при поворотах танка с двойным дифференциалом несколько выше, чем с независимым механизмом (двухступенчатым планетарным) в том случае, когда оба механизма имеют одинаковые расчетные радиусы.
На графиках не приведен расход мощности танков с трансмиссиями, обеспечивающими непрерывное изменение радиуса поворота без потери мощности в тормозах (гидравлическая при двойном подводе мощности, электрическая). Мощность двигателя, потребная в этом случае, будет
Бортовой фрикиион
двухступенчатый планетарный механизм
Рис. 527. Сравнительная оценка механизмов поворота
равна мощности внешних сопротивлений (нижняя кривая). Практически же, как мы отмечали, и при этих трансмиссиях в ряде случаев не удается избежать потерь мощности в тормозах или реостатах.
С точки зрения устойчивости поворота некоторое преимущество имеют трансмиссии с двойным подводом мощности; при этом чем больше передач в коробке, тем выше устойчивость поворота.
Существенное значение для оценки механизма имеет простота его устройства, ухода за ним, регулировки и надежность в работе. Так, применение двойного дифференциала в известной мере оправдывается именно этими его качествами. Но нельзя забывать об ухудшении маневренности танка, связанной с большой величиной расчетного радиуса поворота. Точно так же сравнительная простота устройства бортовых фрикционов далеко не всегда искупает большой расход мощности и недостаточную надежность. Поэтому механизмы поворота (как и всякие другие) надо сравнивать не по отдельным показателям, а в целом, по их совокупности, учитывая также и особенности танка, на котором они установлены (вес, удельную мощность, устройство коробки передач, тип приводов управления и т. д.).
34 Танк
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ПРОХОДИМОСТЬ
Танк, двигаясь по местности, преодолевает естественные и искусственные препятствия, встречающиеся на его пути. Чем выше способность танка преодолевать препятствия, тем выше его проходимость, а следовательно, и маневренность.
Проходимость танка обеспечивается устройством его гусеничного движителя, сцеплением гусеницы с грунтом, мощностью двигателя и передаточными числами трансмиссии, позволяющими получать нужную для преодоления препятствий силу тяги.
Как и другие боевые качества танка, проходимость в большой мере зависит от квалификации механика-водителя, знания им своего танка и умения водить его на препятствиях. В руках опытного механика-водителя танк обладает высокой проходимостью. Именно в умелом преодолении препятствий проявляется высокое мастерство вождения танка. Это мастерство приобретается глубоким изучением основных свойств танка, его маневренных возможностей и практическим опытом вождения танков на препятствиях. Одним из основных показателей искусства вождения танка на препятствиях является скорость движения танка на подходах к препятствию и на самом препятствии. Важно не только преодолеть препятствие, но и быстро подойти к нему, быстро преодолеть его
Современная оборона — это в первую очередь противотанковая оборона. Поэтому ее всегда подготовляют, исходя из возможности атаки танками: выбирают танконедоступную местность с естественными противотанковыми препятствиями, а там, где местность проходима для танков, создают систему искусственных противотанковых препятствий. Назначение препятствий — задержать атаку танков, снизить темп атаки или, по 530
крайней мере, направить ее по выгодным для обороняющегося направлениям. Последние 300—500 м до переднего края обороны противника танк проходит за 2—3 минуты. На таком расстоянии огонь танка наиболее действителен, а моральное воздействие танка на обороняющегося огромно. Возможности же маневра огнем орудий противотанковой обороны, уже частично подавленных артиллерией и авиацией, в такой короткий промежуток времени весьма ограничены. Поэтому обороняющийся стремится, прежде всего, снизить скорость атакующих его танков, задерживая их на препятствиях. Препятствия заставят танки повернуть в сторону, направив атаку на рубежи, удобные для обороны. Время, потерянное атакующими танками на преодоление препятствий, обороняющийся использует для маневра своими огневыми средствами и сосредоточения огня против атакующих танков на самых опасных для них направлениях.
Чем выше проходимость танков, тем выше их скорость, тем меньше времени у противника на приведение в действие огневых средств и тем больше возможностей для внезапной атаки танков.
Противотанковые препятствия — пассивное средство борьбы с танками. В этом их отличие от противотанкового оружия.
Противотанковым оружием управляет человек; назначение оружия — разрушить танк. Действие противотанкового препятствия вызывается самим танком. Большинство противотанковых препятствий не рассчитано на разрушение танка, правда, среди них имеются и такие, которые разрушают танк (например, мины, фугасы), но и они вызываются к действию самим танком, против которого они направлены.
Таким образом, главный признак противотанкового препятствия — его пассивность, неспособность к движению против атакующего танка. Следовательно, важнейшим условием успешного преодоления препятствий является разведка. Зная систему противотанковых препятствий противника, можно решить, какие препятствия могут быть преодолены, какие придется обойти, какие разрушить или обезвредить своими силами или средствами вспомогательных войск. Непреодолимых препятствий нет. Все препятствия, от наскоро вырытого противотанкового рва до железобетонных укреплений, преодолимы. Вопрос только в том, какие средства и способы потребуются для преодоления препятствий. Многие препятствия танк может преодолеть с хода. Другие препятствия преодолеваются с помощью подручных средств, облегчающих преодоление, или с помощью саперов и пехоты. Наконец, препятствие можно разрушить взрывом, а также огнем артиллерии, в том числе и огнем самих танков.
Препятствия, которые приходится преодолевать танку, можно разбить на следующие пять групп.
Первая группа — препятствия, разрушающие танк, в первую очередь его ходовую часть; к ним относятся мины, фугасы и др.
Вторая группа — препятствия, преодолевая которые, танк подвергает себя опасности затопления: водные и ледяные преграды, топкие болота.
Третья группа — препятствия, рассчитанные на потерю танком устойчивости и, как следствие этого, опрокидывание танка: ров, крутой спуск, обрыв (контрэскарп).
Четвертая группа — препятствия, настолько увеличивающие сопротивление движению танка, что либо глохнет двигатель, либо происходит полное буксование гусениц: подъемы, отвесные стенки, болота, снежные поля и многое другое.
Пятая группа — препятствия, снижающие боеспособность экипажа, например дымовая завеса.
Кроме препятствий, танк может встретить на поле боя ловушки и ложные препятствия.
Любое препятствие в известной мере является ловушкой для танка особенно когда оно хорошо замаскировано. Мы выделяем, однако, ловушки, чтобы подчеркнуть особенность их назначения: обмануть противника, создав для него опасное препятствие там, где он этого не ожидает.
Ловушки могут быть самые разнообразные: «волчьи ямы» — ямы, прикрытые сверху досками и замаскированные под грунт; хорошо замаскированные проруби на льду и «окна» на болотах; ямы на бродах; отдельные мины и фугасы на дорогах, вдали от оборонительной полосы, и многие другие.
Ложные препятствия также рассчитаны на обман противника, но назначение их прямо противоположно назначению ловушек. Когда нет времени или средств соорудить действительные препятствия, обороняющийся стремится создать впечатление непреодолимого препятствия там, где его нет. Такими ложными препятствиями являются: ложное минное поле — мины не устанавливают или ставят их лишь несколько штук, но поле маскируют под минное; ложный противотанковый ров (неглубокий); ложные надолбы, фанерные стенки, подъемы и т. д. Характерная особенность ложных препятствий — нарочито небрежная маскировка. Если действительное препятствие стараются замаскировать как можно лучше, чтобы оно внезапно возникло перед атакующим танком, то ложное препятствие, наоборот, делают видимым даже с больших расстояний. Только в этом случае оно оправдывает свое назначение.
Настоящая глава ознакомит читателя с противотанковыми препятствиями, способами и средствами их преодоления. В главе рассматриваются лишь принципиальные вопросы, связанные с преодолением препятствий, а также с эвакуацией застрявших и подбитых танков. Для упрощения расчетов в главе приводятся приближенные формулы без выводов.
ПРОТИВОТАНКОВЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ И ПРЕОДОЛЕНИЕ ИХ
УСТОЙЧИВОСТЬ ТАНКА
Наиболее распространенными являются препятствия третьей и четвертой групп. Напомним, что к третьей группе относятся препятствия, рассчитанные на потерю танком устойчивости, а к четвертой — препятствия, увеличивающие сопротивление движению и вызывающие буксование гусениц. Чтобы оценить возможности преодоления танком какого-либо препятствия из третьей или четвертой группы, следует предварительно оценить устойчивость танка и его тяговые, в том числе и сцепные, качества.
Остановимся на устойчивости танка.
Под устойчивостью твердого тела понимают его способность возвращаться в то положение, из которого оно выведено. Тело устойчиво, если равнодействующая всех внешних сил, приложенных к телу, в том числе и сил инерции, будет проходить внутри опорной площади тела.
Устойчивость тела зависит от положения его центра тяжести. Чем выше центр тяжести, тем при меньшем наклоне тело теряет устойчивость (рис. 528). Устойчивость тем больше, чем ниже центр тяжести тела и чем больше расстояние между крайними точками его опоры. Так. например, для повышения устойчивости шахматных фигур в их донышко заливают свинец, тем самым понижая их центр тяжести,
Рис. 528. Устойчивость тела зависит от высоты его центра тяжести и от расстояния между крайними точками опоры
На устойчивость тела при его движении оказывает влияние инерция. Представьте себе человека, стоящего в вагоне движущегося поезда. При резком торможении поезда человек может потерять устойчивость и упасть вперед. Причина потери устойчивости заключается в том, что тело человека стремится по инерции продолжать движение вперед, а ноги, удерживаемые на полу силой трения, замедляют движение вместе с вагоном. Наоборот, если поезд резко трогается с места, человек может потерять устойчивость и упасть назад, потому что его тело стремится остаться на месте, а ноги, увлекаемые силой трения, начинают двигаться вместе с вагоном вперед.
Как уже указывалось, инерция проявляется только при изменении скорости движения тела и влияет на тело так же, как приложенная к нему сила.
По формуле (3) (см. главу IV) сила инерции в килограммах равна произведению массы тела М в кг сек2!м на ускорение тела / в м/сек2'.
I = MJ.
Выразив массу М через вес G, можно приближенно написать
Рис. 529. Устойчивость и потеря устойчивости
Сила инерции тем больше, чем больше масса или вес тела и получаемое телом ускорение.
При уменьшении скорости сила инерции направлена в сторону движения; она как бы стремится поддержать прежнюю скорость. При увеличении скорости сила инерции направлена назад, против движения, препятствуя увеличению скорости.
Зная величину и направление силы инерции, можно найти равнодействующую силы инерции и силы тяжести (или других сил) и определить, исходя из этого, устойчивость тела.
Законы устойчивости, рассмотренные нами, полностью относятся к танку. Танк устойчив, пока равнодействующая приложенных к нему сил проходит внутри площади, ограниченной опорной поверхностью гусениц (рис. 529, Л, Б). Танк начнет опрокидываться, когда равнодействующая выйдет за опорную поверхность гусениц (рис. 529, В, Г). Чем больше площадь опоры и чем ниже расположен центр тяжести танка, тем он устойчивее.
Заметим, что потеря устойчивости не всегда означает опрокидывание тела. Так, если равнодействующая приложенных к телу сил, куда входит и сила инерции, вышла за опорную площадь тела, то оно потеряет устойчивость и начнет опрокидываться. Допустим теперь, что за чрезвычайно короткое
время, истекшее с начала опрокидывания, сила инерции исчезла потому, что тело стало двигаться равномерно. Тогда опрокидывание может и не произойти; все зависит
от того, проходит ли равнодействующая оставшихся сил (без силы инерции) внутри или вне опорной площади. Если она проходит внутри опорной площади, то тело восстановит свое равновесие. Так, если быстро спускающийся с подъема танк наскочит на местное препятствие, воз
никнет сила инерции, направленная вперед, в результате чего равнодействующая силы инерции и веса танка может выйти за границы его опоры (рис. 529, Г). Танк начнет опрокидываться вперед, т. е. отрываться задней частью гусениц от земли. Однако, когда он пройдет препятствие, сила инерции изменится, и, если при этом равнодействующая окажется в пределах опоры, кормовая часть танка опустится. В противном случае устойчивое положение танка не восстановится, и он опрокинется.
Как мы увидим ниже, в преодолении препятствий сила инерции играет важную роль. Увеличивая подачу горючего или, наоборот, резко
уменьшая ее, механик-водитель ускоряет или замедляет движение танка, в силу чего изменяется сила инерции. В зависимости от резкости изменения подачи горючего меняется величина силы инерции. Таким образом, механик-водитель может регулировать и направление, и величину силы инерции, а тем самым влиять на устойчивость танка, а следовательно, и на возможности преодоления препятствия.
ТЯГОВЫЕ СВОЙСТВА ТАНКА
Тяговые свойства танка, т. е. его способность преодолевать значительные сопротивления (на крутых подъемах, при движении по заболоченной местности, при движении с грузом на прицепе и т. д.), зависят от удельной мощности двигателя, величин расчетных скоростей и сцепных свойств гусениц танка. Чем выше удельная мощность, тем маневрен-нее танк, тем легче и быстрее он преодолевает препятствия. Чем меньше низшая расчетная скорость танка, тем большая сила тяги может быть развита на его гусеницах, тем большее сопротивление сможет преодолеть танк, будь то сопротивление препятствия, например крутой подъем, или сопротивление прицепного груза, например буксируемого на крюке аварийного танка.
Сцепные свойства гусениц зависят от формы их звеньев. Шпоры увеличивают сцепление гусениц с грунтом. Некоторые гусеницы имеют звенья, которые быстро забиваются глиной, грязью и т. п. В результате внешняя поверхность гусениц быстро становится гладкой и влажной. Сцепление таких гусениц с грунтом невелико, а проходимость танка на влажных глинистых дорогах неудовлетворительная.
ПРЕОДОЛЕНИЕ РВОВ
Рассмотрим процесс преодоления танком рва. Ширина преодолеваемого рва определяется устойчивостью танка. При движении через ров носовая часть танка вначале нависает над рвом (рис. 530, Л). Танк движется вперед, пока линия действия силы тяжести проходит внутри опоры,
или, иначе говоря, пока центр тяжести не передвинется к заднему краю рва. После этого, если танк не коснется носовой частью переднего края рва, танк завалится в ров. Если ширина рва такова, что при подходе к его заднему краю центра тяжести танка носовая часть нависнет над передним краем рва, то движение будет продолжаться дальше (рис. 530, Б) до тех пор, пока кормовая часть танка не оторвется от заднего края рва. Если к этому времени центр тяжести танка переместится за передний край рва, ров будет преодолен (рис. 530, В). Если нет, танк опрокинется в ров.
Из рис. 530 следует, что танк, находясь в положении А или В, не опрокинется в ров, если ширина рва будет равна половине длины танка щли еще меньше при условии, что центр тяжести расположен точно посередине танка. Практически ширина преодолеваемого рва будет несколько меньше половины длины танка, так как центр тяжести обычно несколько смещен назад. Кроме того, следует учитывать, что края рва могут осыпаться. Поэтому считают, что ширина преодолеваемого
Рис. 530. Преодоление рва танком
Рис. 531. Преодоление рва танком на подъеме и спуске
рва примерно равна 40% полной длины танка:
а = 0,4Д, (13)
где а—ширина преодолеваемого рва;
А — полная длина танка (без, пушки).
Допустим теперь, что ров расположен на подъеме или спуске дороги, по которой движется танк.
На подъеме линия действия силы тяжести отклоняется назад: танк свободно проходит ров передней частью, но может завалиться в него кормой (рис. 531, Д). На спуске танк будет заваливаться в ров носовой частью, так как линия действия силы тяжести отклонится вперед (рис. 531, Б). Поэтому на подъемах и спусках танк преодолевает ров меньшей ширины, чем на го-
ризонтальном участке пути.
Ширину рва на подъемах и спусках можно определить по формуле
«,=0,4^-—S),
(14)
где Д — полная длина танка (без пушки) в м\
Б — полная высота танка в м\ а — угол подъема или спуска в градусах.
Формула (14) позволяет оценить влияние подъемов и спусков на ширину преодолеваемого рва. Например, если принять а = 10°, Д = 6 лг, Б = 2,5 м, тогда я10О = 0,4 (^6 — -—2,5^ = 2,2 Л£.
На горизонтальном участке пути а = 0,4 • 6 = 2,4 м. Следовательно, уменьшение ширины преодолеваемого рва составляет около 8%. Таким образом, подъемы и спуски до 10° значительного влияния на ширину
Рис. 532. Преодоление рва с помощью фашин
преодолеваемого рва не оказывают. Все же уменьшение ширины преодолеваемого рва следует учитывать.
Если ров уже или равен допустимой ширине а (или аа), то танк преодолевает его на максимально возможной в данных условиях скорости. Если ров шире допустимого, то его преодолевают с помощью специальных средств.
Одним из надежных и простых средств преодоления рвов являются фашины (рис. 532). Фашина — это связка прутьев, толщина которых 4—5 см, а длина несколько больше ширины гусеницы. Обычно две фашины, намотанные на бревно в виде двух барабанов, укладывают на танк. При подходе танка ко pay бревно с фашинами сбрасывают в ров. По одним и тем же фашинам могут пройти 4—5 танков. Потом надо сбрасывать в ров новые фашины, так как старые окажутся раздавленными прошедшими по ним танками. Способ преодоления рвов при помощи фашин, применявшийся еще во время первой мировой войны, часто использовался и во вторую мировую войну.
Рис. 534. Преодоление рва с помощью колейного моста
Рис. 535. Мостовой танк. Мост в походном положении
Если боевые условия допускают выполнение саперных работ у рва, то можно облегчить танку переход через ров, отрыв пологие скаты — аппарели (рис. 533). Рвы преодолеваются также при помощи деревянных колейных мостов, перевозимых на танках (рис. 534), или мостов специальных мостовых танков, один из которых показан на рис. 535 и 536. Мост, состоящий из четырех частей, попарно соединенных шарни-
Рис. 536. Мостовой танк. Момент укладки моста
рами, в сложенном виде укладывается на крыше танка. Мост соединен с двигателем танка приводом, в котором имеется длинный винт. При помощи винта мост раскладывается перед танком и укладывается через ров (см. рис. 536). После этого мост отъединяют от танка, и переправа готова.
ПРЕОДОЛЕНИЕ ПОДЪЕМОВ
Подъем принадлежит к числу препятствий, снижающих скорость движения танка или вызывающих буксование гусениц. Танк может преодолевать подъем, двигаясь равномерно или с разгона. Рассмотрим оба случая преодоления подъемов и дадим им соответствующую оценку. Величина 538
подъема, который может преодолеть танк по мощности своего двигателя, определяется следующей формулой:
/ Nv «р = 7(2 — p v
Здесь ар— допустимый по мощности двигателя или расчетный угол подъема в градусах;
Ny — удельная мощность в л. с./т\
г/р— расчетная скорость на данной передаче в км/час\
f— коэффициент сопротивления качению танка.
При движении вне дорог коэффициент сопротивления качению можно принять равным f = 0,1, тогда
«р = 7(2А ₽ \ vp
— 1).
(15)
Зная удельную мощность и расчетные скорости танка на разных передачах, можно определить расчетные углы подъема для этих передач. Например, пусть Л/у=15 л.с./т, расчетные скорости ^н = 4,3 км/час, V! = 8 км/час, v2 = 15 км/час, = 25 км/час, v4 — 45 км/час.
Тогда вне дорог (/ = 0,1) расчетные подъемы будут
%ах = 7(1^-1) = 42°; ^=19°; <%2 = 7°; а3 = 1,5°;
четвертая передача служит для движения по дорогам. На асфальтовом шоссе, когда / = 0,05, предельный угол подъема на этой передаче будет равен
а4 = 7(^2 — 10-0,05 ,'=1,2°.
\ Ч и /
Следовательно, на четвертой передаче танк будет преодолевать подъемы немногим более 1° и то лишь при движении по очень хорошим дорогам.
Из приведенной формулы можно сделать общий вывод, одинаково справедливый для всех танков. Подставив в формулу (15) ар = 42°, найдем
42 = 7'2 — Г,
где г/н — наименьшая расчетная скорость танка.
Отсюда
Следовательно, танк может преодолевать подъемы в 42° лишь в том случае, когда удельная мощность его двигателя в л. с./т в 3,5 раза больше расчетной скорости танка на низшей передаче в км/час.
Для большинства танков = 2,5Н-3.
Это соответствует расчетным углам подъема 30—35°. Правда, за счет увеличения крутящего момента при снижении оборотов двигателя угол подъема несколько повысится, но в этом случае танк будет способен преодолевать только короткие подъемы, так как при снижении оборотов вентилятор вращается медленнее и двигатель может перегреться.
Как указывалось выше, достаточная мощность двигателя еще не обеспечивает преодоление данного подъема. Требуется, чтобы сцепление гусениц с грунтом было также достаточным. Угол подъема, который мо жет преодолеть танк, по сцеплению гусениц с грунтом, определяется по формуле
“с = 0,005? + 0,015 ’ (1
где ас — угол подъема, допустимый по сцеплению;
ср — коэффициент сцепления;
f— коэффициент сопротивления качению.
Эти коэффициенты следует брать из приведенных выше (рис. 398 и 404).
Для упрощения формулы (16) можно принять 0,005 ?= 0,005, так как ср близок к единице. Тогда формула получит вид
«с = 50 (ср-/).
Эта формула справедлива только для ср, близких к единице, т. е. для движения по хорошему сухому грунту в летних условиях. В противном случае следует пользоваться формулой (16).
На рис. 537 приведены предельные по сцеплению углы подъема, преодолеваемые танком в различных условиях движения. Как видно из рис. 537, наибольший подъем, доступный танку по сцеплению гусениц с грунтом, составляет 30—35°. На сухих летних грунтах — песок, суглинок, покрытый травой,— в случае применения дополнительных шпор угол
Плотный грунт, покрытый дерном
Грунтлокрытый травой (после дождя)
Рис» 537. Средние значения предельных углов подъема, преодолеваемых танком в различных условиях движения
подъема увеличивается на 2—3° и в исключительно благоприятных случаях — на 5°. Поэтому в таких условиях предельный по сцеплению угол подъема, преодолеваемый танком, достигает 40°, но не больше.
ПРАВИЛА ПРЕОДОЛЕНИЯ ПОДЪЕМОВ
На подъем танк следует вести прямо, преодолевая подъем под прямым углом к основанию, или, как говорят, «в лоб». Нельзя допускать на подъемах развороты, а также переключение передач. Разворот на крутом подъеме может вызвать опрокидывание или сползание танка к основанию подъема.
На подъеме танк движется медленно и за время переключения передачи быстро теряет скорость. Поэтому переключение передачи, как правило, вызывает остановку двигателя. Если при этом механик-водитель не успеет затормозить, танк начнет скатываться вниз.
При переключении передач нарушается равномерный режим движения танка, сила тяги на гусеницах изменяется, что может вызвать их буксование. Это явление легко представить. Вспомним, как поднимается человек на крутые подъемы: он стремится двигаться как можно равномернее, осторожно переставляя ноги, чтобы не нарушить сцепление с грунтом. Опасность нарушения сцепления с грунтом надо учитывать и при вождении танка на подъем. Увеличивая подачу горючего после переключения передачи, увеличивают силу тяги на гусеницах, а это может вызвать срыв грунта. Поэтому на крутых подъемах следует вести танк равномерно, не переключая передач и лишь постепенно увеличивая подачу горючего, если крутизна подъема возрастает.
При переключении передач, как и при трогании с места, главный фрикцион буксует. Время буксования тем больше, чем больше сопротивление движению танка. Поэтому на подъемах буксование фрикциона будет продолжаться длительное время, в результате чего он может «сгореть». То же относится и к остановке танка на подъеме. Правда, иногда, если, например, заглох двигатель, остановка на подъеме бывает вынужденной. Тогда трогание с места следует начинать не с включения главного фрикциона, а с включения механизмов поворота (главный фрикцион должен быть включен еще до трогания танка). Так как механизмов поворота два и они рассчитаны на больший момент, чем главный фрикцион, буксование их менее опасно. Следует только иметь в виду, что при трогании с места на подъеме танк стремится скатываться назад. Поэтому при трогании надо включать оба механизма поворота (вернее, освобождать тормоза) для обеих гусениц не одновременно, а один вслед за другим, с небольшим запаздыванием.
Если после преодоления подъема танк требуется повернуть, то это следует делать на сходе с подъема, когда кромка подъема (место перехода с подъема на горизонтальную местность) будет находиться посередине опорной части гусениц. В этот момент и следует затормозить одну из гусениц (в зависимости от того, в какую сторону необходимо повернуть танк). На кромке поворот танка облегчается, так как сопротивление повороту в этот момент меньше по сравнению с сопротивлением на горизонтальном участке пути.
ПРЕОДОЛЕНИЕ КОРОТКИХ ПОДЪЕМОВ
Как правило, подъемы следует преодолевать при равномерном движении танка. Однако бывают случаи, когда таким способом подъем преодолеть нельзя: глохнет двигатель или буксуют гусеницы. Например, крутой короткий подъем, на котором сильно буксуют гусеницы, можно
попытаться преодолеть с хода, используя лишь живую силу танка. При этом необходимо, чтобы переход дороги от горизонтального участка к подъему был плавный, в противном случае возможен сильный удар в ходовую часть или даже авария танка.
Для преодоления подъема с хода следует разогнать танк и, быстро выключив у самого подхода к подъему главный фрикцион, преодолеть подъем за счет разгона. Длина преодолеваемого в этом случае подъема определяется по формуле
где 5— длина подъема в м\
v— скорость танка в начале подъема в км/час\ а— угол подъема в градусах.
На рис. 538 приведен график, из которого легко определяются входящие в формулу величины S, v и а, если из этих трех величин две заданы. Для примера определим графически, какую скорость должен иметь танк, если подъем равен а= 30°, а длина подъема S = 5 м. Откладываем на вертикальной оси графика S = 5 м и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой а = 30° (точка а). Из точки а опускаем перпендикуляр на горизонтальную ось графика и находим v = 23 км/час. Таким образом, чтобы преодолеть заданный подъем, танк должен двигаться со скоростью не меньше 23 км/час. Желательно, чтобы эта скорость была больше, так как при выводе формулы (17) не учитывалась энергия, которая тратится на удар гусениц о грунт в момент входа на подъем.
Из приведенного графика нетрудно заметить, что с разгона можно преодолевать только короткие подъемы; длинные подъемы можно преодолевать только при равномерном движении.
Крутой короткий подъем, который невозможно преодолеть при равномерном движении танка вследствие недостатка мощности, преодолевают с разгона, используя всю мощность двигателя. Длина преодолеваемого подъема в этом случае значительно больше той, которую можно преодолеть, используя лишь живую силу танка.
Рис, 539. Способы определения угла подъема
Если ни одним из рассмотренных способов преодолеть подъем нельзя, необходимо использовать другой танк как тягач (см. раздел «Эвакуация»).
Преодоление подъемов с разгона требует высокого мастерства вождения. Это должно быть принято во внимание при подготовке механиков-водителей.
Чтобы решить, каким способом преодолевать подъем, надо хотя бы ориентировочно оценить его крутизну. Для этого можно поступить следующим образом (рис. 539). Став в начале подъема, заметить какую-нибудь точку на уровне глаз (нужно смотреть вперед строго по горизонтали). Подсчитав расстояние до этой точки в шагах п, найдем крутизну подъема по формуле
150 а =-----,
п 9
если стоять во весь рост, и
100
если стоять на коленях.
Точность определения крутизны подъема зависит от того, насколько точно на уровне глаз измеряющего располагается местный предмет, находящийся на подъеме.
ПРЕОДОЛЕНИЕ КРУТЫХ СПУСКОВ
Крутой спуск преодолевать значительно труднее, чем крутой подъем. Невозможность преодоления крутого подъема выясняется почти в самом начале движения танка в гору: заглохнет двигатель или забуксуют гусеницы. Если с первой попытки взять подъем не удалось, можно спуститься вниз задним ходом и попытаться преодолеть подъем снова. Иначе обстоит дело на спуске: танк может начать двигаться при любой крутизне спуска, но обратный путь ему не всегда открыт. На спуске танк может потерять устойчивость, повернуться и опрокинуться через борт или разогнаться до большой скорости и потерпеть аварию внизу. Поэтому механики-водители должны хорошо знать и при движении под уклон применять правила спуска, которые рассматриваются ниже.
На спускающийся танк действуют сила тяжести и сила сопротивле-ния качению. Разложив силу тяжести на две составляющие, как мы это делали выше, получим силу, прижимающую танк к земле (сцепной вес), и тянущую силу.
Величина тянущей силы определяется по приближенной формуле Рт = 0,015 a°G. Тянущая сила возрастает с увеличением крутизны спуска.
На спусках крутизной до 6—7° тянущая сила меньше силы сопротивления (здесь и дальше мы рассматриваем спуск вне дорог, на грунте с коэффициентом сопротивления / = 0,1). Сила сопротивления качению /< fG = O,1G; уменьшением сцепного веса в этом случае пренебрегаем.
Чтобы танк мог спускаться при крутизне спуска не более 6—7°, надо создать на его гусеницах силу тяги, как это делается на горизонтальном участке пути; танк можно вести на высшей передаче с малой подачей горючего.
При крутизне спуска 6—7° тянущая сила примерно равна силе сопротивления, поэтому создавать на гусеницах силу тяги не требуется. В этом случае двигатель можно вообще отключить от ведущих колес.
На спусках круче 7° тянущая сила больше силы сопротивления. Излишек тянущей силы будет создавать ускорение танка, т. е. увеличивать его скорость.
Чем длиннее спуск, тем больше тянущая сила будет увеличивать скорость. Если внизу перед танком возникнет препятствие, то быстро остановить танк не удастся, так как резкое торможение может, как мы увидим ниже, вызвать опрокидывание танка. Поэтому спускаться следует только равномерно, с постоянной и притом небольшой скоростью. Такой спуск возможен лишь с притормаживанием. В этом случае излишек тянущей силы пойдет не на разгон танка, а на преодоление силы торможения.
ТОРМОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЕМ
При торможении на длинном спуске в тормозах расходуется огромная энергия. Так, если уклон образует с горизонтом угол а = 30° и танк спускается даже с небольшой скоростью (10 км/час), то в тормозах среднего танка тратится мощность более 500 л. с. За десять минут движения энергия превращается в тормозах в тепло, которое могло бы довести до кипения 500 л воды. Совершенно очевидно, что такое количество тепла приведет в негодность («сожжет») тормоза танка. Поэтому на крутых затяжных спусках торможение осуществляют двигателем. Если при включенной передаче прекратить подачу горючего к двигателю, то двигатель превратится в тормоз, т. е. станет потребителем мощности, создаваемой тянущей силой. Эта мощность будет тогда расходоваться 544
на преодоление трения поршней в цилиндрах и коленчатого вала в подшипниках, на вращение вспомогательных механизмов двигателя (особенно большая мощность требуется для вращения вентилятора), а также на всасывание и частично на сжатие воздуха в цилиндрах, поскольку часть работы, затраченной на сжатие воздуха, не возвращается при его расширении. Все эти сопротивления в двигателе и создают его тормозное действие.
Заметим, что сопротивления в двигателе зависят от скорости, с которой вращается коленчатый вал. С уменьшением скорости сопротивления резко уменьшаются. Поэтому для максимального тормозного действия двигателя его коленчатый вал должен вращаться с нормальными эксплуатационными оборотами, или, иначе говоря, скорость спуска танка на данной передаче должна равняться расчетной скорости для этой передачи, так как расчетная скорость определяется при эксплуатационных оборотах двигателя.
Угол спуска, при котором допустимо на данной передаче торможение двигателем, определяется по следующей формуле:
ад = 10 + 7. (18)
Vp
Здесь ад—допустимый угол спуска, при котором танк без применения тормозов спускается равномерно (не разгоняется), в градусах;
Ny—удельная мощность двигателя в л. с./т;
vp—расчетная скорость на данной передаче в км/час.
Из формулы (18) следует: чем больше удельная мощность двигателя и меньше расчетная скорость, т. е. чем ниже включенная передача, тем больше предельный угол спуска. Это и понятно: чем больше мощность двигателя танка, тем труднее провернуть его коленчатый вал. Кроме того, чем ниже передача, включенная в коробке, тем большую силу требуется приложить на ведущих колесах, чтобы преодолеть сопротивление двигателя.
Возьмем для примера ?/у= 15 л. с./т и две расчетные скорости: ^р.н = 4 км/час — на замедленной передаче и vptB = 45 км/час — на высшей передаче.
15
Для замедленной передачи адн=10 — +7 = 44°, для высшей адн = = 10^-4-7=10°.
В нашем примере равномерный спуск танка может происходить без применения тормозов, с торможением только двигателем, при уклоне до 44°. Однако спуск на замедленной передаче представляет известный риск. Допустим, что на коротком участке крутизна спуска окажется больше допустимой, в нашем примере больше 44°; танк начнет разгоняться, причем небольшое увеличение скорости вызовет значительное увеличение числа оборотов коленчатого вала. Так, если скорость возрастет с 4 до 6 км/час (такое увеличение скорости механик-водитель может и не заметить), число оборотов двигателя увеличится с 2000 до 3000 в минуту. Это может оказаться опасным для двигателя. Поэтому спуск с торможением двигателем более надежен при включении не замедленной, а первой передачи. Расчетная скорость первой передачи обычно равна 7—8 км/час; ей соответствует угол спуска около 25°. Угол до 25° и будет практически предельным углом спуска при торможении двигателем.
Механики-водители часто пользуются таким простым правилом; спускаться следует на Той передаче, на которой преодолевается подъем той же крутизны. Для низших передач это правило с достаточной точностью соответствует приведенной нами формуле. На высших передачах получается некоторое расхождение.
Тормозить танк можно и при работающем двигателе, если подавать горючее в небольшом количестве, достаточном лишь для поддержания холостого хода. В этом случае предельный угол спуска несколько уменьшится, но зато двигатель постоянно готов к действию, и механик-водитель имеет возможность, изменяя подачу горючего, регулировать скорость спуска.
Спуск до 7° без торможения
Спуск до25°при торможении двигателем
Рис. 540. Предельные углы равномерного спуска
ТОРМОЖЕНИЕ ТОРМОЗАМИ И КОМБИНИРОВАННОЕ ТОРМОЖЕНИЕ
При торможении танка тормозами предельный угол равномерного спуска определяется-по формуле
200? т 3 4- ? '
или по более простой, но менее точной формуле
ат = 50<р.
Здесь ат — угол равномерного спуска при полностью затянутых тормозах;
ср — коэффициент сцепления гусениц с грунтом.
Подставляя в приведенные выше формулы наибольшее значение коэффициента сцепления, которое можно получить на хорошем сухом грунте для гусениц с высокими шпорами,— ср = 0,9, будем иметь ат = 45^
Из этого следует, что равномерный спуск под уклон крутизной до 45° возможен не при полностью, а при частично затянутых тормозах. Если крутизна уклона более 45°, равномерный спуск, как правило, вообще невозможен, и танк будет увеличивать скорость, что на длинных спусках может привести к аварии.
При частичной затяжке тормозов на спусках до 45°, особенно если спуски большой длины, тормоза будут сильно нагреваться. Нагрев увеличивается с повышением скорости спуска. Поэтому, пользуясь тормозами, следует спускаться с наименьшей скоростью.
На спусках крутизной 25—45° лучше всего тормозить одновременно двигателем и тормозами. В этом случае намного облегчается работа тормозов. Правда, такой способ можно применить лишь на тех танках, у которых затяжка тормозов не сопровождается отключением двигателя от ведущих колес, т. е. на танках с двойным дифференциалом и на танках с педалью ножного тормоза. Предельные углы равномерного спуска для рассмотренных нами случаев приведены на рис. 540.
УСТОЙЧИВОСТЬ НА СПУСКЕ
Пока танк спускается равномерно, устойчивость его определяется только направлением силы тяжести. Чем круче спуск, тем больше линия действия силы тяжести отклоняется вперед. На спусках крутизной до 45° (а только на них и возможен равномерный спуск) линия действия силы тяжести не выходит за опорную поверхность гусениц. Следовательно, танк на спуске остается устойчивым, хотя при уклоне в 45° его запас устойчивости невелик.
Существует средство увеличить устойчивость танка. Спускаясь с крутой горы, человек, чтобы не упасть, ускоряет шаг. При ускорении сила инерции направлена назад: отклоняя равнодействующую, она повышает устойчивость нашего тела.
То же будет и с танком, движущимся под уклон с возрастающей
скоростью: его устойчивость больше, чем при равномерном движении (рис. 541, Л). Однако при ускоренном спуске возрастает скорость танка. Поэтому ускоренно можно спускаться только на коротких спусках.
Когда танк движется замедленно, сила инерции направлена вперед. Равнодействующая проходит впереди линии действия силы тяжести. Чем больше сила инерции, т. е. чем быстрее уменьшается скорость танка, тем сильнее отклоняется вперед равнодействующая. Следовательно, резкое торможение создает силу инерции, которая способствует опрокидыванию танка. На крутых спусках ни в коем случае нельзя резко затягивать тормоза, хотя бы это и казалось необходимым.
Скорость танка может быстро снизиться, если сопротивление движению резко возрастет. Незначительная кочка может замедлить движение танка. Возникнет большая сила инерции, и равнодействующая выйдет за опорную поверхность гусениц (рис. 541,5).
Рис. 541. Сила инерции при спуске
Кормовая часть танка начнет подниматься. Танк может и не опрокинуться: если он быстро пройдет кочку, сила инерции исчезнет, и на танк вновь будет действовать только сила тяжести.
Чтобы уменьшить силу инерции при замедлении движения на мест-
ном препятствии, надо резко увеличить подачу горючего, препятствуя тем
самым уменьшению скорости танка.
Значительно хуже обстоит дело при переходе с уклона на горизонтальный участок пути, когда скорость танка резко снижается. Горизон-
Тормозные силы
А
Рис. 542» Поворот на спуске при торможении двигателем
тальный участок пути по отношению к движущемуся под уклон танку является как бы подъемом, т. е. большим сопротивлением, возникающим сразу перед танком; танк с хода ударяется в это препятствие (рис. 541, В). Опрокидывание здесь вероятнее, чем при наезде на кочку. Чтобы уменьшить направленную вперед силу инерции, надо перед самым концом спуска отпустить тормоза и резко увеличить подачу горючего. Полученное танком ускорение создает силу инерции, направленную назад. Равнодействующая также отклоняется назад, и это несколько повышает устойчивость танка.
Опрокидывание танка в конце спуска не обязательно, даже если равнодействующая выйдет за опорную поверхность гусениц. Действительно, полное опрокидывание возможно лишь при вполне определенной скорости движения танка, обеспечивающей ему достаточную живую силу; назовем эту скорость предельной. Величина ее для более крутых подъемов составляет примерно 15 км/час. При более низкой скорости танк не опрокинется, даже если его кормовая часть и приподнимется.
В момент перехода со спуска на горизонтальный участок кормовая часть начнет подниматься. Одновременно танк будет скользить по грунту передней частью гусениц. Если скорость выше предельной, танк станет отвесно и опрокинется. Если она ниже предельной, танк не дойдет до отвесного положения, кормовая часть опустится на землю.
УПРАВЛЕНИЕ ТАНКОМ НА СПУСКЕ
Рассмотрим еще одно явление, которое может возникнуть при спуске танка, тормозимого двигателем: поворот его в сторону случайного увода. Допустим, танк с бортовыми фрикционами или аналогичными им механизмами поворота, спускающийся с подъема, притормаживают двигателем. На гусеницах танка создаются тормозные силы, сумма которых равняется тянущей силе (рис. 542). Если почему-либо начнется увод танка в сторону и механик-водитель, желая восстановить направление
движения танка, выключит фрикцион забегающей гусеницы, чтобы потом ее затормозить, как он обычно делает это на горизонтальном участке пути, то неожиданно для механика-водителя танк резко повернется в ту сторону, в которую его уводило. Причина этого заключается в том, что в тот момент, когда механик-водитель выключил бортовой фрикцион, не успев еще притормозить забегающую гусеницу, на ней тормозная сила (рис. 542,5) исчезла. На отстающую же гусеницу тормозная сила продолжает действовать. Совместно с тянущей силой тормозная сила отстающей гусеницы создает поворачивающий момент, который и поворачивает танк в сторону его увода, т. е. с танком происходит противоположное тому, чего хотел добиться механик-водитель. Чтобы этого не произошло, следовало не выключать бортовой фрикцион забегающей гусеницы, а наоборот, кратковременно выключить бортовой фрикцион отстающей гусеницы. Как видно из рис. 542, В, тогда поворачивающий момент тормозной и тянущей силы будет направлен противоположно предыдущему случаю, т. е. туда, куда следует повернуть танк.
ПРЕОДОЛЕНИЕ ОБРЫВОВ И СТЕНОК
ПРЕОДОЛЕНИЕ ЭСКАРПОВ
Эскарпом называется обрыв, обращенный крутой стенкой к движущемуся танку (рис. 543). Такие обрывы, естественные и искусственные, часто встречаются в системе противотанковой обороны.
Существует определенная высота эскарпа, которая для данного танка является предельной. Чтобы выяснить, от чего зависит эта высота, рассмотрим, как происходит преодоление эскарпа.
Подойдя к эскарпу, танк упирается в него гусеницами. В этом случае на танк действуют две силы, не считая силы тяжести: сила зацепа, приложенная к передним ветвям гусениц со стороны грунта и поднимающая носовую часть танка, и сила тяги, приложенная к опорным ветвям гусениц и толкающая танк вперед (рис. 544).
На рис. 545 показаны последовательные положения танка, преодолевающего эскарп. Пунктиром обозначено перемещение центра тяжести танка.
Рис. 543. Танк преодолевает эскарп
Когда передние ветви гусениц лягут на гребень эскарпа (рис. 545, Б), танк будет двигаться так же, как при подъеме; разница лишь в том, что крутизна подъема в данном случае непрерывно возрастает (рис. 545, В, Г). Так продолжается до момента, пока центр тяжести танка не окажется над кромкой эскарпа (рис. 545, Г). После этого танк под действием своего веса начнет опу-
Сила зацепа
Сила тяжести
Сила тяги
„ИрТ.
скаться на гребень, и эскарп будет преодолен (рис. 545, Д).
Если эскарп слишком высок (рис. 546), то, начиная с определенного угла наклона корпуса (рис. 546, В), центр тяжести уже не будет приближаться к гребню эскарпа, а начнет удаляться от него назад, и танк не преодолеет эскарп.
Рис. 544. Силы, действующие на танк, преодолевающий эскарп
Рис. 545. Последовательные положения танка, преодолевающего эскарп
Рис. 546. Непреодолимый для танка эскарп
Угол наклона корпуса, при котором центр тяжести начинает отходить от гребня эскарпа, зависит от положения центра тяжести танка по высоте и длине танка. Для большинства современных танков этот угол больше 45°. Из этого следует, что практически танк не может стать под таким углом к эскарпу. В самом деле, танк движется по эскарпу до положения Г так же, как и на подъеме. Но когда крутизна подъема достигнет 42°, гусеницы обязательно забуксуют даже при наилучшем сцеплении с грунтом, а двигатель, как указывалось, может заглохнуть и при меньшем угле подъема (30—35°). Поэтому предельная высота преодолеваемого эскарпа определяется в зависимости от того, какая сила тяги на гусеницах может быть получена. Эскарп можно преодолеть лишь в том случае, если к моменту, когда центр тяжести танка подойдет к гребню эскарпа, сила тяги на гусеницах будет еще достаточной для дальнейшего подъема корпуса.
Наклон корпуса танка, при котором центр тяжести выходит на гребень, зависит от положения центра тяжести. Если центр тяжести находится посередине длины танка и отстоит от земли на 0,4 его полной высоты Б, как это и бывает у большинства танков, высоту преодолеваемого эскарпа в метрах можно приблизительно определить по формуле
ЧА — Б
10
(19)
где А — полная длина танка (без пушки) в м\ Б — его полная высота в м.
Таким образом, чем длиннее и ниже танк, следовательно, чем ниже расположен его центр тяжести, тем больше предельная высота преодолеваемого эскарпа. Формула составлена в предположении, что сцепление гусениц с гребнем эскарпа достаточное. При плохом сцеплении, напри-
мер на песчаном грунте, высота преодолеваемого эскарпа по сцеплению значительно уменьшается. Правда, на рыхлых грунтах ребро эскарпа
осыпается, поэтому преодоление его облегчается.
Когда гребень эскарпа ниже высоты зацепа (передних точек левой и правой гусениц, т. е. точек, которыми каждая из гусениц упирается в эскарп), передние ветви гусениц сразу ложатся на гребень. Преодоление эскарпа облегчается. Но как бы ни была велика высота зацепа, танк не сможет преодолеть эскарп, если высота последнего больше предельной, найденной по формуле (19). Так, при длине танка А = 5,5 м и высоте Б — 2,5 м предельная высота эскарпа бу-, 2-5,5—2,5
дет равна п3 =-----jy-2- =
= 0,85 м. Более высокий
Рис. 547. Влияние формы, размеров и конструкции танка на высоту преодолеваемого эскарпа
эскарп танк не преодолеет, как бы ни были подняты передние точки гусениц, т. е. как бы ни была значительна высота зацепа.
На рис. 547 показано, какое значение имеют форма, размеры и особенности конструкции танка для преодоления эскарпа.
Положения А и Б: чем длиннее танк, тем меньше его угол наклона
при опоре на кромку эскарпа, тем легче преодолеть эскарп.
Положения В и Г: «хвост» в старых танках удлинял заднюю часть танка, поэтому уменьшался наклон и облегчалось преодоление эскарпа.
Положения Д и Е: чем ниже опущены задние ветви гусениц, тем
легче танку преодолеть эскарп.
На подъеме преодолеть эскарп труднее, чем на горизонтальном участке: танк, подойдя к эскарпу, уже имеет наклон, равный крутизне
Б
Высота обрыва | длины танка
В
ската. При подъеме на эскарп наклон корпуса увеличивается. Поэтому даже на невысоком эскарпе-двигатель может заглохнуть или гусеницы могут потерять сцепление с грунтом.
В тех случаях, когда высота эскарпа больше предельной, его преодолевают при помощи колейного моста, а также бревен или фашин, уложенных перед эскарпом; преодоление эскарпа облегчается также, если срыть гребень или сделать аппарели.
ПРЕОДОЛЕНИЕ КОНТРЭСКАРПОВ
Контрэскарп — это обрыв с крутизной стенки, близкой к 90° (рис. 548). Такие обрывы могут быть естественными или искусственными. При создании противотанковой обороны скаты местности подрывают у основания, так что вдоль скатов искусственно образуется обрыв (контрэскарп). Преодолевать контрэскарп надлежит следующим образом. Двигаться к препятствию на низшей скорости и осторожно подвести танк к краю обрыва, пока
Рис. 548» Преодоление обрыва (контрэскарпа)
центр тяжести танка не окажется на одной линии с отвесной стенкой препятствия. После этого следует уменьшить подачу горючего и предоставить танку возможность свободно опрокидываться, пока он не коснется грунта передними ветвями гусениц. Когда это произойдет, следует немного уве-
личить подачу горючего, а в момент, когда начнет опускаться
кормовая часть, резко убавить подачу горючего; возникшая при этом сила инерции будет препятствовать падению танка на грунт, замедляя опускание его и, следовательно, уменьшая удар кормовой частью о грунт (рис. 548, В). Рекомендуется одновременно пользоваться тормозами, тогда сила инерции будет больше и ее удерживающий эффект выше.
Чтобы танк больше свесился над обрывом, иногда прибегают к следующему приему. В момент приближения центра тяжести к кромке обрыва резко увеличивают подачу горючего. Создается сила инерции, направленная назад (рис. 548, Г). Назад отклоняется и равнодействующая силы веса и силы инерции. Вследствие этого танк больше свешивается над обрывом и сходит с обрыва под меньшим углом. Однако этот прием нельзя рекомендовать, так как с увеличением подачи горючего увеличивается и скорость танка, а следовательно, и удар передней частью гусениц о грунт. Кроме того, сила инерции практически дает очень небольшое отклонение равнодействующей — центр давления смещается назад не более чем на 100—150 мм, поэтому нет смысла прибегать к этому способу преодоления контрэскарпа.
С контрэскарпа, высота которого меньше трети длины танка (рис. 548, Д), можно спускаться обычным ходом. При большей высоте контрэскарпа кормовая часть сильно ударится о землю, а если высота контрэскарпа больше половины длины танка (рис. 548, Б), то танк может опрокинуться, так как корпус его при спуске наклонится под очень большим углом.
ПРЕОДОЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТЕНОК И ВАЛИКОВ
Вертикальная стенка совмещает в себе два препятствия — эскарп и контрэскарп (рис. 549). Преодолевать ее нужно теми же способами, что эскарп и контрэскарп. Вначале танк приближается к стенке, затем медленно поднимается на нее, пока центр тяжести не совпадет с вертикальной плоскостью стенки. Теперь танк должен медленно опуститься на горизонтальную плоскость стенки так, чтобы задержаться на ней. Это необходимо, чтобы избежать сильного удара носовой части танка о грунт. Сходит танк со стенки так же, как с контрэскарпа.
Валик (рис. 550), в отличие от вертикальной стенки, не имеет горизонтальной плоскости или эта плоскость настолько узка, что танк не может задержаться на ней, и опрокидывание происходит из наклонного положения, а не из горизонтального*, как в случае преодоления вертикальной стенки. Следует учитывать, что при опро
Рис. 549. Преодоление вертикальной стенки
кидывании из наклонного положения танк может сильно удариться носовой частью о грунт. Поэтому валик преодолевается на возможно меньшей скорости, с минимальной подачей горючего. В момент опрокидывания танка подачу горючего следует прекратить. Валик большой высоты особенно опасен для ходовой части танка. Преодолевать валик следует весьма осторожно.
Рис, 550. Преодоление валика
ПРЕОДОЛЕНИЕ БОЛОТ И ГЛУБОКОГО СНЕГА
Преодоление болот представляет значительные трудности, особенно для тяжелых танков. Верхний травянистый покров болота, связанный корнями, образует плотный настил, по которому легкий танк движется, как по мосту. При движении тяжелого танка этот настил продавливается, и танк погружается гусеницами в топкий грунт, вследствие чего создается большое сопротивление движению. Так как одна из гусениц может погрузиться в грунт глубже, чем другая, танк может накрениться в сторону более погруженной гусеницы, и его начнет уводить в сторону (рис. 551). При этом сопротивление движению увеличивается еще больше.
Для движения по болоту требуется большая сила тяги, сцепление же на болотистом грунте невелико. При глубоком погружении гусеницы буксуют, и танк садится на грунт днищем. В этом случае сцепной вес танка передается на грунт не только через гусеницы, но частично и через
Рис. 551. Увод танка, преодолевающего болото
Рис. 552, Движение по рыхлому грунту (болото, снег) с твердым подслоем
днище. Гусеницы окончательно херяют сцепление, и танк увязает. Вот почему топкое болото проходимо только тогда, когда под ним находится твердый грунт. Так как клиренс танков, как правило, не превышает 0,4 м, то гусеницы могут погрузиться в грунт не больше чем на эту величину. Если слой топкого грунта толщиной не более 0,6 м, гусеницы уплотнят его, и танк не сядет днищем на грунт. В этом случае сцепной вес танка полностью передается через гусеницы (рис. 552).
Аналогично происходит движение танков и по глубокому снежному покрову. Движение танка по снегу возможно, если глубина снежного покрова менее полуторной-двойной величины клиренса танка, что составляет для средних и тяжелых танков 0,6—0,8 м. Гусеницы уплотняют снег примерно на половину его толщины и движутся по уплотненному снегу.
Проходимость на мягких грунтах (болото, снег, глубокая грязь) зависит от величины клиренса танка, сцепления гусениц с грунтом и удельного давления гусениц на грунт.
Чем больше клиренс танка, тем выше его проходимость, так как гусеницы могут больше погрузиться в грунт. Чем лучше сцепление гусениц, тем выше проходимость. Очень важно, чтобы гусеницы не забивались грунтом (снегом), иначе будет происходить скольжение забитой поверхности по грунту, и танк будет буксовать. Не забитые грунтом гусеницы при погружении сцепляются с твердым грунтом, и танк преодолевает препятствие.
Удельное давление должно быть как можно меньше. При меньшем удельном давлении гусеницы меньше погружаются в грунт, уменьшается и сопротивление качению. Следовательно, потребуется меньшая сила тяги. Иногда, например при движении по глубокой грязи, танк с большим удельным давлением легче преодолевает мягкий грунт, чем танк с меньшим удельным давлением. Это объясняется тем, что в этом случае из-под гусениц легче выдавливается мягкий грунт и они сцепляются с твердым подстилающим грунтом. В данном случае для преодоления препятствия большее значение имеет форма гусеничных звеньев, их сцепные свойства, а не удельное давление.
Короткие заболоченные участки в 30—50 м танк может преодолеть с хода на возможно большей скорости.
При движении по болоту нельзя допускать, чтобы все танки шли по одному следу, потому что каждый следующий танк углубляет след. В крайнем случае один за другим может идти не более двух танков. При движении по болоту нельзя переключать передачи, делать повороты и т. д. Вообще необходимо избегать повышения силы тяги.
Зимой болото надо тщательно разведать; даже в сильные морозы снежный покров сохраняет тепло, выделяющееся при гниении растительных остатков в толще болота, ввиду чего болото не всегда замерзает.
Для уменьшения удельного давления при движении по рыхлым грунтам могут быть применены специальные вспомогательные средства: жердевые дорожки, металлические сетки, прутья, связанные в пучки, деревянные щиты, бревенчатые дороги, насыпные дороги и т. д. Некоторые
из этих средств показаны на рис. 553. Иногда в качестве вспомогательного средства привертывают к звеньям гусениц жесткие металлические угольники, чтобы увеличить ширину гусениц в Р/2—2 раза.
Рис. 553> Вспомогательные средства для повышения проходимости на рыхлых грунтах
ПРЕОДОЛЕНИЕ ЛЕСИСТОЙ МЕСТНОСТИ
В густом лесу (более трех-четырех деревьев на каждые 10 л<2) танк не может пройти между деревьями. Движение в этом случае возможно лишь при условии, что танк будет валить деревья.
На рис. 554 приведены для четырех танков данные по валке деревьев в лесном массиве. Из этих данных следует, что проходимость через лесной массив зависит от веса танка. Чем больше вес танка, тем большего диаметра деревья он может валить. Если обозначить диаметр основной массы деревьев через d в см, а вес танка через G в т, то ,
а — /пи, где т — опытный коэффициент; в среднем он равен 0,6. Тогда d = 0,6 G.
Mil"
Вес танка &Г Характеристика массива, преодолеваемого танком Коэфициент валки деревьев rn-.d т~ GT
Толщина основной массы деревьев dcM Наибольшая толщина отдельных деревьев днаибсм
17 10 15 0,6
31 15 22 0,5
31 20 28 0,6
43 22 32 0,5
Рис, 554. Данные по валке деревьев в лесном массиве
Толщина отдельных деревьев массива может на 40—50% превысить толщину основной массы деревьев.
Если лес редкий (одно-три дерева на 10 л/2), танк может валить отдельные деревья значительно большего диаметра. На рис. 555 приведены данные по валке отдельно стоящих деревьев различных пород. Валить деревья следует нажимом при движении на низшей передаче или ударом с хода при движении на средних и высших передачах. Опытный коэффициент т зависит от породы дерева. В среднем его можно принять равным единице. Тогда толщина отдельно стоящего дерева, сваливаемого при движении на низшей передаче, может быть принята равной
d = G,
где d—диаметр отдельно стоящего дерева в см\
G— вес танка в т.
При валке с разгона (движение на высшей передаче) значение коэффициента т может возрасти в несколько раз, танк может свалить дерево толщиной до 3G.
Не все танки одинаково выдерживают сильный удар, поэтому при валке деревьев следует учитывать надежность крепления механизмов танка и прочность его ходовой части.
Если танк движется на низшей передаче, толстые деревья иногда не удается повалить сразу. В таком случае необходимо заезды повторить.
Я Ы'? И —WJtU'u )-£71Ь Г; сосна'^ Jwkv л Береза
Вес танка в т Передаче Толщина 1 d см Коэф, т Толщина дем Коэф, т Толщине d см 1 Коэф. 1 гл
17 I 20 1,2 25 1,5 18 1,0
п 22 1.3 30 1.8 20 1,2
31 I 25 0,8 32 1.0 22 0,7
п 30 1,0 45 1,5 28 0,9
31 I 30 1,0 43 1,3 27 0,9
п 40 1.3 60 1,9 35 1.1
32 I — — 27 0,8 — —
п — — 45 1,4 — —
43 I 35 0,8 46 1,1 30 0,7
п 50 1,2 70 1,6 45 1,0
Рис. 555. Данные по валке отдельно стоящих деревьев
Рис. 556. Валка отдельно стоящего дерева
При валке деревьев с хода нужно перед самым ударом танка о дерево выключить главный фрикцион. В противном случае трансмиссия танка получит значительную перегрузку. Удар по дереву следует наносить передней частью корпуса танка и ни в коем случае не гусеницами, при этом пушка должна быть повернута назад (рис. 556).
В лесу иногда встречаются лесные завалы (рис. 557). Искусственные завалы часто устраивают на лесных дорогах, заграждая путь танку сваленными деревьями так, чтобы он не мог преодолеть их своим ходом. Создавая искусственный завал, стволы деревьев обычно подпиливают не до конца, оставляют связь с пнем, а иногда, кроме того, скрепляют сваленные деревья друг с другом колючей проволокой; все это затрудняет разборку завала.
Рис. 557. Лесной завал
Завал либо уничтожают подрывом, либо сваленные деревья растаскивают тракторами или танками. Для этого стволы зацепляют «кошкой» — особым захватом с крючками, прикрепленным тросом к трактору или танку. Следует помнить, что завалы обычно минируют, поэтому для. растаскивания деревьев необходим трос достаточной длины.
Особым видом препятствия, встречающегося в лесу, является барьер. Барьер — своеобразное противотанковое препятствие, предназначенное для срыва башни танка. Барьер — это обычное бревно, закрепленное на стволах двух деревьев поперек вероятного пути движения танка примерно на высоте середины его башни. Барьер располагают на узкой лесной дороге с тем, чтобы танк не мог обойти его, и маскируют ветвями, чтобы он не был заметен.
Барьер может сорвать башню только в том случае, если танк наедет на него с хода. Таким образом, разрушение танка на этом препятствии происходит за счет собственной живой силы танка. Серьезного препятствия для танка барьер не представляет. Его можно убрать, свалить или расстрелять из пушки танка. Для многих танков удар башней о бревно не опасен, т. е. для них барьер не является препятствием.
ПРЕОДОЛЕНИЕ ВОДНЫХ ПРЕГРАД
Водная преграда — одно из наиболее часто встречающихся на пути танков естественных препятствий. Перед преодолением водной преграды требуется тщательно разведать ее и после этого в большинстве случаев оборудовать на ней специальную переправу. Если танк форсирует плохо разведанную водную преграду, он рискует затонуть, вытаскивание же затонувшего танка сопряжено с большими трудностями, а восстановление — со сложными и трудоемкими работами.
Эти особенности водных преград и определяют их значение в системе противотанковых препятствий.
Водные преграды можно преодолевать по мостам, вброд и вплавь.
МОСТЫ
Мост — основное средство преодоления водной преграды. Грузоподъемность железнодорожных и постоянных шоссейных мостов обычно известна заранее. Как правило, на таких мостах допускается движение' средних и тяжелых танков.
Грузоподъемность деревянного моста (рис. 558), специально наведенного для переправы танков или сооруженного ранее для беспрепятственного движения транспортных средств, может быть определена по формуле
0,0006^3zz
где G — наибольший вес танка, который может пройти по данному мосту, в т; эта же величина определяет грузоподъемность моста; d — диаметр бревен, составляющих прогоны, в см\ п — количество прогонов;
I — длина пролета в м\
L — длина опорной поверхности гусениц танка в м.
Так, например, если мост имеет /2 = 6 прогонов из бревен d = 27 см
при длине наибольшего пролета I = 5 м, а длина опорной поверхности
Рис. 558. Деревянный мост
гусениц L 3,5 м, то наибольший вес танка, который выдержит данный мост, будет
~ 0,0006-273-6
G==- \ 3,5 = 22 Т-
5~Г
Если прогоны состоят из спаренных бревен, уложенных одно на другое, грузоподъемность моста увеличивается вдвое.
В том случае, когда расчетом установлено, что танки не могут пройти по мосту, его следует усилить. Невысокий мост можно усилить, сокращая длину пролета. Для этого под прогоны между опорами нужно уложить мешки с песком или землей, или забить дополнительные сваи.
ПЕРЕПРАВЫ ВБРОД И ПО ПОНТОННЫМ МОСТАМ
Небольшие реки танки преодолевают чаще всего вброд. Проходимость танков вброд зависит от того, при каком его погружении вода может попасть внутрь танка. Вода может проникнуть через люки, отверстия для входа и выхода воздуха, выпускные трубы, шариковую опору башни. Если неизвестно, какой глубины брод может преодолеть танк, надо измерить расстояние от земли до низшей точки люка или отверстия, через которые вода может проникнуть внутрь танка, и уменьшить полученный размер на 150—200 мм, так как гусеницы могут погрузиться на такую глубину в грунт дна.
Если брод по глубине доступен для танка, следует проверить, насколько удобны подходы к броду, возможен ли вход танка в воду и выход его на противоположный берег.
Условия движения танка в воде несколько отличаются от условий движения на суше. Вода стремится вытолкнуть танк; при погружении корпуса танка в воду на каждые 10 см давление гусениц на дно реки уменьшается в среднем почти на тонну. Благодаря этому понижается удельное давление и уменьшается сопротивление движению; вместе с тем 560
ухудшается и сцепление гусениц с грунтом. Броды с песчаным и каменистым грунтом легко проходимы для танков. Но брод со скользким глинистым или вязким илистым дном может быть непроходимым, особенно для танков с большим средним удельным давлением (1 кг/см2 и выше) и плохим сцеплением гусениц с грунтом (малые шпоры). Ямы и бугры на дне опасны; гусеница, попавшая в яму, будет буксовать, а на бугор танк может сесть днищем.
Преодолевая брод, надо вести танк с небольшой скоростью, равномерно и по прямой, так как при повороте гусеницы зарываются в грунт.
Рис. 559. Понтонный мост на металлических лодках
Не следует переключать передачи. В случае переключения танк почти наверняка остановится, а слабое сцепление с грунтом не позволит ему тронуться с места, гусеницы забуксуют, и танк увязнет.
Особенно тщательно нужно разведать место выхода из воды. Выход может быть минирован, перед ним могут находиться подводные препятствия. Подъем при выходе из воды должен быть небольшой, так как грунт, размытый водой, не обеспечивает достаточного сцепления гусениц. Чтобы повысить сцепление, необходимо усилить грунт: забить колья или уложить хворост.
Преодолевая водную преграду вброд, следует помнить, что при входе и выходе танк наклоняется и может зачерпнуть воду.
Если водную преграду нельзя преодолеть вброд, то организуется переправа при помощи саперных средств — по наведенным понтонным мостам (рис. 559 и 560) или на паромах.
При наличии времени можно подготовить танки к переходу через водную преграду большой глубины. Для этого тщательно заделывают щели люков, отверстия корпуса, шариковую опору башни. Для притока воздуха и для вывода отработавших газов от воздухопритоков и выпускных труб отводят вверх длинные трубы. Оборудованный таким образом танк может преодолеть водную преграду большой глубины. Чтобы экипаж погрузившегося в воду танка не потерял направления, связь
Рис» 560» Понтонный мост на резиновых лодках
с берегом поддерживается по радио. Движение неполностью погруженного танка может направлять человек, которому для этого нужно сесть на башню.
Быстроходные танки иногда могут преодолевать короткие броды, не используя никаких приспособлений, «с хода», погружаясь в воду почти по башню. При кратковременном движении в воде большое количество воды не успевает проникнуть внутрь танка. Однако такой способ преодоления водной преграды даже при тщательной разведке дна водоема и высокой квалификации механика-водителя не безопасен.
ПЛАВАЮЩИЕ ТАНКИ
Танк может плавать (рис. 561 и 562). Для этого нужно, чтобы вес
танка в тоннах численно не превышал объема воды в кубических метрах, вытесненной танком при погружении. Обычно такое соотношение веса
и объема бывает только у легких танков с При толщине брони 15 мм вес танка будет объема вытесненной воды, при броне 40
тонкой броней (до 10 мм). уже в 11/2—2 раза больше мм — в 21/2—3 раза, при
70 мм — в 4 раза боль-
Рис, 561. Плавающий ганк преодолевает водную преграду
ше и т. д. Если увеличить объем корпуса танка, это вызовет и увеличение его веса. Специальные легкие поплавки, сделанные из дерева или пробки и укрепленные на танке, хотя и увеличивают вытесняемый танком объем воды, но недостаточно.
Плавающий танк должен иметь возмож-
Рис. 562. Плавающий танк выходит на берег
ность двигаться и поворачиваться в воде. Для этого его снабжают специальными механизмами: гребным винтом с приводом от двигателя и рулем поворота. Для откачивания воды, проникающей внутрь танка через неплотности корпуса, ставят специальный насос.
ЛЕДЯНЫЕ ПЕРЕПРАВЫ
Реки, озера, топкие болота, недоступные для танков летом, мо
гут стать легкопроходимыми зимой благодаря покрывающему их льду.
Лед можно в известном смысле уподобить плавающему на воде мосту — пловучему мосту. Вода подпирает лед снизу. Берега не в состоянии удержать лед, как бы крепко он ни был с ними связан. Ледяной покров в виде «висячего моста» может устоять только на очень узких речках, но он ненадежен. Даже при большой толщине, вернее, особенно при большой толщине, ледяной «висячий мост» рухнет под тяжестью танка. Поэтому одна толщина льда еще не обеспечивает надежную переправу. Лед должен лежать на воде. Если воды непосредственно подо льдом нет, переправа опасна.
Когда вода спадает (это бывает в начале весны), лед у берегов трескается, оседает, ложится на воду. Трещины указывают на то, что переправа возможна. Если весной трещин у берегов нет, переправу надо разведать особенно тщательно.
Лед трескается и зимой в сильные морозы вследствие внутренних напряжений, которые возникают в нем при резкой разности температуры льда и окружающего воздуха (подобно тому как трескается холодный стакан, если в него налить горячую воду). Трещины, даже очень значительные, сами по себе не опасны для переправы. Их перекрывают деревянным настилом или, если есть время, замораживают при помощи битого льда и воды.
Чтобы определить возможность переправы, надо знать толщину льда h. Для этого по обе стороны трассы делают проруби на расстоянии примерно 25 м одна от другой и замеряют толщину льда согнутым прутом (рис. 563) или специальной
линейкой. При этом учитывают только толщину прозрачного нижнего слоя. Верхний слой — слежавшийся снег — в расчет не принимают.
Грузоподъемность льда определяется по формулам профессора С. А. Бернштейна. Для гусеничных машин грузоподъемность GT в т будет
С —— юо •
Например, лед толщиной 40 см выдержит танк весом
п 40-40 ic
Gt==~100“= 16 т-
Определенная по этой формуле зависимость грузоподъемности льда от его толщины изображена в виде кривой на рис. 564. Пользуясь этой кривой, можно, не вычисляя, сразу определить, какой толщины лед выдержит танк данного веса.
Вес танка в тоннах
Рис. 564. Зависимость грузоподъемности льда от его толщины
Если танк или трактор буксирует за собой другую гусеничную машину, грузоподъемность льда определяют по той же формуле (или кривой); при этом в расчет принимают вес обеих машин.
Для переправы колесных машин, вес которых распределяется по меньшей площади опоры, лед должен быть толще. Для одной колесной машины грузоподъемность льда определяется по формуле
С — Л2 к~ 150-
Здесь, как и в предыдущей формуле, GK— грузоподъемность льда в т, h — толщина льда в см.
Приведенные формулы грузоподъемности льда относятся к ледяным переправам через водоемы с пресной водой. Грузоподъемность льда соленых озер и морей примерно втрое меньше.
Практический интерес представляет вопрос о переправе не одной машины, а колонны машин. Для ускорения переправы желательно пропускать машины на возможно меньшей дистанции между ними и в несколько рядов. Лед, выдерживающий одну машину определенного веса, выдержит одновременно и несколько машин при условии, что между ними будет достаточное расстояние. Чем толще лед, тем меньше может 564
быть это расстояние. Дистанцию (в метрах) между машинами при переправе определяют по формулам:
для танков г
-3- +6; (20)
для колесных машин
^=4+6- <20')
Можно воспользоваться также следующим практическим правилом: переправа безопасна, если дистанция между машинами, выраженная в метрах, равна их весу, выраженному в тоннах, но при этом она должна быть не менее 7 м.
При переправе машин в несколько рядов расстояние между сосед* ними рядами машин (интервал) должно быть равно дистанции. Так, 30
например, для танков весом G — 30 т dT = -^—[-6=16 м. Такой же величины будет и интервал между рядами машин. Но согласно приведенному правилу dT = 30 м. Следовательно, формула дает меньшие значения дистанции и интервалов, чем практическое правило; значит, организуя переправу, целесообразно рассчитывать дистанции между машинами и интервалы между рядами машин по формуле (20).
В зависимости от температуры окружающего воздуха толщина льда меняется: лед намерзает или подтаивает. Готовясь к операции, часто бывает необходимо определить, какой толщины лед будет через несколько дней. Для этого определяют среднесуточную температуру воздуха, например по данным метеорологической службы аэродрома. Приведенные на рис. 565 кривые показывают, за сколько суток образуется на озерах или реках лед той или иной толщины в зависимости от среднесуточной температуры воздуха. Допустим, что толщина льда, определенная измерением, равна 60 см. Надо узнать, за сколько дней она достигнет 80 см, если среднесуточная температура —20°. Кривая для —20° между линиями 60 и 80 см занимает пять клеток. Это соответствует 15
•суткам. Следовательно, можно предположить, что, если не будет резкого потепления, лед достигнет нужной толщины примерно через две недели.
Глубокий снег замедляет утолщение льда. Поэтому, когда переправу готовят заранее, на ней надо постоянно расчищать снег. На реках с быстрым течением толщина льда увеличивается медленно; многие горные реки совсем не замерзают, даже в сильные морозы; реки со слабым течением не замерзают на перекатах.
Если нет времени ждать естественного утолщения льда, его усиливают. Существует несколько способов усиления льда. Деревянный настил увеличивает грузоподъемность льда примерно на 40%. Значительно большие результаты дает намораживание дополнительного слоя льда сверху.
Для намораживания надо, прежде всего, огородить всю площадь переправы снежным барьером, полить барьер водой и дать ему замер-, знуть. Рекомендуется перед поливкой покрыть лед слоем хвороста. Это ускорит замерзание и увеличит прочность льда.
Быстрота намораживания дополнительного слоя льда зависит от температуры воздуха. Слой льда толщиной 5 см образуется при —10° Ц за 6—7 часов, при —*20° Ц за 3—4 часа, при —30° Ц за 2—2,5 часа. Ветер ускоряет замерзание на 20—30%. Поэтому, если позволяет обстановка, следует выбирать для усиления переправы открытое место, доступное ветрам.
Чем толщ£ слой намораживаемого льда, тем дольше он замерзает. Если необходимо получить толстый слой льда, надо намораживать его в несколько приемов, каждый раз предоставляя воде возможность замерзнуть.
Намороженная переправа недолговечна: лед утолщается сверху и одновременно- подтаивает снизу. Это объясняется тем, что лед, становясь толще, пропускает меньше тепла, которое выделяется из воды наружу. Излишек тепла, сохранившегося под ледяным покровом, вызывает таяние льда. Поэтому намороженной переправой можно пользоваться лишь несколько дней, если не произойдет резкого похолодания. При температуре выше —10° Ц намораживать лед нет смысла.
ДРУГИЕ ВИДЫ ПРОТИВОТАНКОВЫХ ПРЕПЯТСТВИЙ
Кроме рассмотренных выше, встречаются и другие виды противотанковых препятствий: противотанковые мины, надолбы, барьеры, ежи, СС1КИ и к п.
ПРОТИВОТАНКОВЫЕ МИНЫ И ФУГАСЫ
Мины — широко распространенное противотанковое препятствие. Мина легка, удобна для переноски и перевозки. Установка ее занимает всего несколько минут. Мину нетрудно замаскировать. Нужен наметанный глаз, чтобы определить место установки мины по малозаметным признакам: примятой траве с отдельными пятнами, выделяющимися цветом на общем фоне, по следам ног, обрывкам бечевки, доскам от ящиков и т. п.
Существует много противотанковых мин, но все они устроены примерно одинаково. Мина (рис. 566) состоит из корпуса, наполненного сильным дробящим взрывчатым веществом, и взрывателя.
Взрыв мины может происходйть от надавливания гусеницей танка (мина нажимного действия), от вытягивания предохранительной чеки (мина натяжного действия), от электрической искры (мина с электрозапалом).
Рис» 566. Противотанковая мина
Известны так называемые противоклиренсные мины (рис. 567). Это обычная мина, взрыватель которой связан со стальным прутком. Такое устройство повышает вероятность действия мины даже в том случае, если она окажется между гусеницами танка. Задевая корпусом за пруток, танк приводит мину в действие. Для более надежного приведения мины в действие иногда делают несколько взрывателей.
Мины, как правило, не ставят в одиночку; минируют целые поля. В лесах, не проходимых для танков, минируют дороги, на реках — подходы к переправам, в населенных пунктах — улицы и проезды между домами, в оборонительной полосе — подступы к видимым препятствиям и проходы, специально оставленные между ними. Мина может быть положена в высокую траву, зарыта в землю или в снег.
Чтобы разрядить мину, надо хорошо знать ее устройство. При этом следует помнить, что противник часто прибегает к хитрости, соединяя мины попарно: при вытаскивании одной мины взрывается другая, связанная с ней замаскированным шнуром. В тех случаях, когда нельзя использовать саперов или обойти минное поле, в нем проделывают проходы огнем артиллерии.
Рис. 567. Противоклнренсная мина
Рис, 568, Схема работы каткового минного трала
Рис. 569. Цепной трал
Рис. 571. Фугас
Для подрыва мин пользуются танковыми тралами. Тралы бывают катковые (рис. 568), дисковые и цепные. Первый цепной трал был изобретен в Советском Союзе в 1937 г. Цепной трал приведен на рис. 569. Впереди танка устанавливается массивный цилиндр, к которому крючками крепятся цепи длиной около 1,5 м. Цилиндр приводится во вращение через передачу двигателем танка или специальным двигателем. Под действием центробежной силы цепи раскручиваются и с большой силой ударяют по грунту, вызывая взрыв заложенной в грунт мины (рис. 570). Цепной трал сложнее каткового, но он более долговечен. В этом и заключается его главное преимущество.
Кроме противотанковых мин, для борьбы с танками применяются фугасы. Фугас (рис. 571) отличается от мины тем, что в нем значительно больше взрывчатого вещества. Фугас собирают из отдельных пакетов взрывчатого вещества, а затем устанавливают взрыватель. Фугасы приводятся в действие теми же способами, что и мины (рис. 572).
Для установки фугасов требуется больше рремени, чем для
Рис. 572. Способы приведения фугасов в действие
установки мин. Поэтому фугасы используются лишь на отдельных направлениях, в узких проходах, например на лесных дорогах, и т. д. Обнаружить и обезвредить фугас можно теми же способами, что и мину. Но пользоваться танковым тралом для подрыва фугаса нельзя: от взрыва может разрушиться трал и ведущий его танк.
В качестве фугасов часто применяют обычные артиллерийские снаряды, уложенные по одному или по нескольку штук. Такой фугас взрывается в результате воздействия гусениц танка на взрыватель снаряда.
НАДОЛБЫ, ПНИ, ЕЖИ
Надолбы всех типов — стальные (рис. 573), деревянные (рис. 574), гранитные (рис. 575), железобетонные — рассчитаны на то, что танк сядет на надолбу днищем и гусеницы потеряют сцепление с грунтом. Пни на старых порубках или специально вырубленных участках леса представляют собой те же надолбы. Разумеется, они служат препятствием для танка, если высота пня, как и надолбы, больше клиренса танка.
К препятствиям такого
Рис. 573. Стальные надолбы
же типа относится металлический барьер (рис. 576), рассчитанный на потерю сцепления гусениц и застревание танка.
Надолбы располагают полосами так, чтобы танк не прошел между ними. Чтобы танк не мог выворотить надолбы, их зарывают в землю на достаточную глубину. Деревянные и стальные надолбы для увеличения их прочности устанавливают наклонно против вероятного движения танков.
Чтобы преодолеть надолбы, в них делают проходы. Для этого надолбы подрывают или разрушают артиллерийским огнем.
Противотанковые ежи (рис. 577), в отличие от надолб, не закапывают, а просто устанавливают на пути танков, связывая их между собой цепями. Ежи устанавливаются быстрее надолб и обычно применяются в населенных пунктах для заграждения улиц.
Рис. 574. Деревянные надолбы Рис, 575. Гранитные надолбы
Рис. 577. Противотанковые ежи
Рис. 576. Металлический барьер
МАЛОЗАМЕТНЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ И ПРОВОЛОЧНЫЕ ЗАГРАЖДЕНИЯ
Малозаметные препятствия, примененные впервые против конницы, использовались и против танков. Обычно они представляют собой мотки тонкой проволоки, разбросанные на вероятном пути движения танков. Гусеницы захватывают проволоку, накручивают ее на себя и запутываются в ней.
Малозаметные препятствия, как показывает название, трудно обнаружить. Если они замечены, их легко обезвредить, убрав с дороги. Малозаметные препятствия можно применять только против легких танков. Для средних и тяжелых танков они малодейственны.
Обычные проволочные заграждения на кольях танк разрушает, разрывая проволоку. Однако отдельные танки могут задержаться на заграждении, запутавшись в проволоке. Поэтому лучше заранее делать проходы в заграждениях саперными средствами или артиллерийским огнем.
Для того чтобы нельзя было убрать колючую проволоку или специально сделанную металлическую сетку, через нее иногда пропускают ток высокого напряжения, до 2000 в. Для экипажа и танка это не представляет опасности — ток через корпус и гусеницы уходит в землю, но перерезать проволоку, выйдя из танка, в этом случае нельзя.
Проволока, находящаяся под высоким электрическим напряжением, в сырую погоду обнаруживается по искрению, особенно заметному в сумерки и ночью.
ЭВАКУАЦИЯ
Под эвакуацией танков понимается доставка застрявших или подбитых танков к месту восстановления: к подвижной танкоремонтной мастерской, ремонтной базе, ремонтному заводу.
Эвакуация включает вытаскивание застрявшей машины и последующую ее буксировку (транспортировку) \ В частном случае эвакуация может состоять только из вытаскивания или только из буксировки. Так, застрявший исправный танк достаточно вытащить, в дальнейшем он может двигаться собственным ходом. Наоборот, подбитый танк, как правило, приходится не вытаскивать, а только буксировать.
1 Транспортировка — перевозка на полевых транспортных средствах: прицепах большой грузоподъемности (трайлерах), санях, полозьях.
Танк, подбитый в бою, эвакуированный и восстановленный, снова возвращается в строй. Чем быстрее будет эвакуирован танк с поля боя, тем скорее он вернется в строй. В этом огромное значение эвакуации. Следовательно, средства и способы эвакуации должны обеспечивать наиболее быструю и с наименьшей затратой человеческих сил эвакуацию танков.
Трудоемкость эвакуации застрявших танков зависит от характера застревания.
Танкист должен знать способы и средства эвакуации танков, уметь быстро оценивать характер застревания танков, определять потребную для вытаскивания и буксирования силу и выбирать необходимые для этого эвакуационные средства.
ВЫТАСКИВАНИЕ ЗАСТРЯВШИХ ТАНКОВ
ВИДЫ ЗАСТРЕВАНИЯ ТАНКОВ
Наиболее распространено застревание на мягких грунтах. Как было указано (см. выше, «Преодоление болот и глубокого снега»), причиной застревания в этом случае является потеря сцепления. Если танк застрял на болоте или при форсировании водной преграды, он постепенно погружается в грунт — его засасывает. Чем скорее будет произведена эвакуация, тем меньшая сила потребуется на вытаскивание, тем меньше надо будет затратить человеко-часов на вывод танка из аварийного положения.
Особенно важно быстро эвакуировать танки зимой, когда положение застрявшего танка ухудшается из-за его вмерзания в грунт. В этом случае для вытаскивания танка требуются огромные тяговые силы.
Виды застревания танков многообразны, и поэтому их нужно классифицировать. Условно принято делить виды застревания на следующие группы:
1) легкое застревание;
2) среднее застревание;
3) тяжелое застревание;
4) сверхтяжелое застревание.
К легкому застреванию относят погружение танка гусеницами в мягкий грунт (болото, глубокая грязь) на глубину, незначительно превышающую клиренс танка, при продольном крене танка не более 5°. Сопротивление вытаскиванию в этом случае составляет, в зависимости от характера застревания, от 5 до 25 т.
К среднему застреванию относят погружение танков в грунт по верхние ветви гусениц с креном до 20°. Сопротивление вытаскиванию в этом случае составляет от 25 до 75 т.
К тяжелому застреванию относят погружение танков по башню с креном до 40°, сопротивление вытаскиванию составляет от 75 до 150 т.
К сверхтяжелому застреванию относят опрокидывание танков, вмерзание в грунт и т. д. В этом случае сопротивление вытаскиванию составляет более 150 т; вытаскивание требует значительных подготовительных работ.
Каждому из приведенных здесь видов застревания соответствуют определенные способы и средства эвакуации. Так, в случае легкого и среднего застревания может быть применено самовытаскивание или вытаскивание при помощи тягачей. При тяжелом и сверхтяжелом застревании требуются дополнительные эвакуационные средства: полиспасты, подъемные стрелы и др.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ, ПОТРЕБНОЙ ДЛЯ ВЫТАСКИВАНИЯ ЗАСТРЯВШЕГО ТАНКА
Сопротивление вытаскиванию застрявшего танка складывается из двух групп сопротивлений. К первой группе относят постоянно действующие сопротивления: лобовые сопротивления грунта при движении застрявшего танка (выдавливание грунта гусеницами и корпусом танка), сопротивление трения корпуса о грунт и сопротивление составляющей силы веса, препятствующей вытаскиванию танка (сопротивление подъему, рис. 578).
Тяговая
днища о грунт
Рис» 578. Тяговая сила и силы сопротивления движению застрявшего танка
Ко второй группе относят дополнительные сопротивления, вызванные заклиниванием гусениц, несовпадением силы тяги с направлением вытаскивания, а также высыханием или промерзанием грунта вокруг застрявшего танка.
Сопротивления первой группы определяют по формуле
— ЗОЛ 6 ”h
(21)
где Л — глубина погружения танка в м\
а — угол продольного крена танка в градусах;
РТ— сопротивление вытаскиванию тяжелого танка в г.
На рис. 579 показано определение Л для различных случаев погружения танка. При погружении танка без бортового и продольного крена в грунт Л равно расстоянию от поверхности грунта до опорных ветвей гусениц (рис. 579,Л).
Рис. 579, Определение глубины погружения танка при различных случаях застревания
Рис. 580. Угол продольного крена при застревании
Рис. 581. Определение угла несовпадения направлений движения и тяговой силы
При погружении с бортовым креном /г равно полусумме погружений отдельных гусениц:
где h\ и /г2 — погружения отдельных гусениц (рис. 579,5).
И наконец, при погружении с продольным креном h есть расстояние от опорной плоскости гусениц до свободной плоскости грунта.
В формулу (21) подставляется или угол, под которым танк находится в момент вытаскивания (рис. 580, Л), или угол предстоящего выхода (рис. 580, 5).
Формула (21) справедлива для глубины погружения до 1,5 м и для крена до 60°.
Для среднего танка сопротивление вытаскиванию равно
Рс = 0,5Рт. (2Г>
Сопротивления второй группы (дополнительные) определяются по формуле
Q = Qi + ft + Q3- (22)
Здесь Qi — дополнительное сопротивление заклиненных гусениц. Величина этого сопротивления приближенно равна коэффициенту сцепления % умноженному на сцепной вес тапка. Если танк имеет продольный крен, то его сцепной вес равен
G COS а ^(1 —0,005а) G или
Рис. 582. Застревание танка в болотистом грунте
Qi = ? (1 — 0,005а) G. (23) ср на болотистом грунте можно принимать равным 0,3.
Вес G следует выражать в тоннах и а — в градусах. Тогда дополнительное сопротивление Qi получим в тоннах.
Для углов продольного крена меньше 10° можно принять
Рис. 533. Застревание танка в канаве, заполненной илистым грунтом
Qi =
Q2 — дополнительное сопротивление, вызванное несовпадением направления движения вытаскиваемого танка с направлением тяговой силы (рис. 581). Для углов несовпадения р в пределах 10 -у- 30° 1 сопротивление Q? может быть ориентировочно определено по следующей формуле:
Q2 = 0,02рР.
(24)
1 Углом 8 с 10° можно пренебрегать; при 30° перед вытаскиванием надо уменьшить угол р.
Здесь Р— сопротивление вытаскиванию танка, определенное по формуле (21) или (21');
Q3 — дополнительное сопротивление, возникающее при длительном пребывании танка в аварийном положении. Это сопротивление — результат промерзания грунта или его высыхания. Q3 определяется по формуле:
для весенне-летних условий
Q3 - 0,2Р;
для зимних условий (промерзание грунта)
Оз = (0,54-1) Р.
В последнем случае Q3 составляет величину от 0,5 Р до Р в зависимости от степени примерзания танка. В расчетах можно принимать наибольшее значение Q3.
Общее сопротивление вытаскиванию танка будет равно
Ро = р + 0. (25)
Рассмотрим примеры определения сопротивлений вытаскиванию.
Пример 1 (рис. 582). Тяжелый танк с исправной ходовой частью, но с неработающим двигателем, застрял в болоте. Путем измерения найдено, что а. = 0, h = 0,7 м. Дополнительных сопротивлений нет. Тогда из формулы (21) получим
Р = Рт = ЗОЛ + 6 + а = 30-0,7 + 6 + 0 = 27 т.
Так как дополнительных сопротивлений нет, то Q — 0, и согласно формуле (25)
Ро = Р + Q = 27 + 0 = 27 т.
Пример 2 (рис. 583). Средний танк весом 30 т застрял в канаве, заполненной илистым грунтом, погрузившись на глубину Л = 0,9 м. Угол крена танка а = 15°. Ходовая часть танка заклинена. Тяговая сила приложена горизонтально.
Из формулы (21) определяем
Рт = 30-0,9 + 6 + 15 = 48 т,
или согласно формуле (21х) для среднего танка
Р = Рс = 0,5Рт = 0,5-48 = 24 т.
Определим дополнительное сопротивление от заклинения гусениц (Qi) и несовпадения направления тяговой силы (Q2).
Из формулы (23) получим
ft = <р(1 — 0,005а) G = 0,3 (1 — 0,005-15) -30 = 8,3 т.
Из формулы (24) получим, подставляя £ = а — 15°,
Q2 = O,O2j3P; тогда
Q2 = 0,02-15-24 = 7,2 т.
По формуле (22) определяем
Q — Qi 4~ Q2 Сз — 8,3 4~ 7,2 + 0 = 15,5 т.
И окончательно по формуле (25)
Л) = Р 4- Q = 24 + 15,5 = 39,5 40 т.
Точность определения сопротивления вытаскиванию зависит от точности определения положения застрявшего танка, т. е. углов а, fl и величины h. Если в распоряжении эвакуатора нет измерительных инструментов (угломера, линейки), то следует определить углы а и £ и величину h на глаз. Однако иенатренированный глаз может допустить здесь значительную ошибку. Поэтому изучающие правила и способы эвакуации обязаны тренироваться в определении на глаз углов наклона танка, углов приложения тяговой силы и глубины погружения танка.
СПОСОБЫ ВЫТАСКИВАНИЯ ЗАСТРЯВШИХ ТАНКОВ
Застрявшие танки можно вытаскивать следующими способами:
1) самовытаскиванием;
2) при помощи тягача;
3) при помощи вспомогательных средств — воротов, ваг, полиспастов и др.
Кроме того, можно вытаскивать застрявшие танки и комбинированным способом, являющимся сочетанием двух или трех перечисленных.
Самовытаскивание
Самовытаскивание применяют тогда, когда танк застрял вследствие потери сцепления гусениц с грунтом и при этом незначительно погрузился в грунт. В этом случае необходимо восстановить сцепление и использовать для вытаскивания силу тяги самого танка.
Определяем вначале, достаточна ли сила тяги, чтобы вытащить танк. Согласно формуле 8 (см. главу 8) расчетная сила тяги
р _ 0Жд р
Ее наибольшее значение будет при минимальной скорости ^ы;
0,2
Лред=—Д. (26)
По формуле (25) определяем сопротивление вытаскиванию Ро.
Условие, при котором возможно самовытаскивание танка, следующее:
Рп^>Р„ (27)
Знак показывает, что сила тяги Рпред должна быть равна или больше силы сопротивления вытаскивания Ро.
Пример. В примере 2 (см. стр. 575) мы определили, что сила сопротивления вытаскиванию застрявшего среднего танка Pq = 40 т. Определим теперь, возможно ли самовытаскивание танка, если удельная мощность танка Ny = 17 л. с., минимальная расчетная скорость = 7 км/час.
Подставим эти данные в формулу (26), получим о 0,2• 17*30 . . -
"пред = --7--=14,5 г.
Так как
Р Р * пред 1 0>
то согласно неравенству (27) самовытаскивание невозможно.
Для примера 1, рассмотренного на стр. 575, Ро = 27 т.
Пусть мощность двигателя танка Л^д = 540 л. с., £^ = 4,5 км/час. Тогда
Хотя Рпред <5 Pq, но незначительно. Поэтому в данном случае можно попробовать применить самовытаскивание.
к гусеницам застрявшего танка
Рис. 584. Самовытаскивание танка при помощи бревна
Определив возможность применения самовы-таскивания, решают, каким способом его осуществить.
Первый способ — самовытаскивание при помощи бревна (рис. 584). Бревно крепится к гусеницам, как показано на рис. 585 или 586.
Второй способ само-вытаскивания путем восстановления сцепления гусениц с грунтом понятен из рис. 588. Тросами гусеницы прикрепляют к какому-нибудь неподвижному предмету на местности,
например К дереву или Рис. 585. Способ крепления бревна к звену пню. Если поблизости нет гусеницы за палец
неподвижных предметов,
к которым можно было бы прикрепить трос, то устанавливают анкер (рис. 587). Иногда в качестве анкера используется однотипный с аварийным заторможенный танк, к которому крепятся концы тросов (рис. 589).
Рис. 586. Способ крепления бревна к звену гусеницы за ушки специальных болтов
00
Рис. 587. Прикрепление гусениц к анкеру
Рис. 588. Самовытаскивание танка при креплении гусениц к неподвижному предмету
Рис. 589. Использование неподвижного танка в качестве анкера
Рис. 590. Используя ведущие колеса как лебедку, можно вытаскивать застрявший танк
Рис. 591. Схема действия сил при наматывании троса на ступицу ведущего колеса
Если при застревании танка соскочила одна или обе гусеницы, то самовыта-скивание все же возможно. Для этого используются ведущие колеса, на которые трос наматывается, как на лебедку (рис. 590). Следует учитывать, что тяговая сила в этом случае будет больше, чем при наличии гусениц, на величину отношения диаметра ведущего колеса D к диаметру ступицы колеса d, на которую наматывается трос (рис. 591), или _ 0,2^ D
^пред—’ Vh ' d •
Вытаскивание при помощи тягача
Тягач дает возможность быстро вытащить застрявший танк. В качестве тягачей используются тракторы или в исключительных случаях танки. Сила тяги на крюке тягача, если последний движется по горизонтальному участку пути, определяется по формуле
/ 0,2Nv \
Здесь Л^у— удельная мощность тягача в л. с./т;
расчетная минимальная скорость в км/час;
GT— вес тягача в т.
Тогда сила тяги на крюке Рк будет выражена также в тоннах.
Для увеличения силы тяги соединяют несколько тягачей (рис. 592).
Вытаскивание застрявшего танка несколькими тягачами производится либо тягой цугом, либо параллельной тягой. Тяга цугом более выгодна, чем параллельная тяга. Но при последовательном соединении тягачей (тяга цугом) сила тяги, передаваемая от передних тягачей к задним, увеличивается. Последний тягач передает полную силу тяги, и его буксирные крюки могут не выдержать нагрузку. Поэтому впереди надо ставить более слабый тягач. Трос, соединяющий последний тягач с аварийным танком, должен быть подобран с расчетом на полную силу тяги.
При параллельной тяге каждый тягач работает самостоятельно и несет нагрузку только в виде собственной силы тяги на крюке. Недостатком параллельной тяги является то, что силы тяги тягачей действуют под углом, так что общая сила тяги (равнодействующая) будет меньше суммы сил тяги отдельных тягачей.
Смешанная тяга применяется в тех случаях, когда для вытаскивания застрявшего танка можно использовать более трех тягачей, например четыре. Тогда для вытаскивания используется параллельная тяга тягачей, расположенных в два ряда и соединенных в ряд попарно цугом. Такой способ вытаскивания дает возможность уменьшить угол между тросами и получить общую силу тяги, близкую к сумме отдельных сил.
При параллельной тяге не следует допускать, чтобы угол между продольной осью аварийного танка и тягачом был больше 10°. Если угол 10° или меньше, то равнодействующая сила тяги может быть принята равной арифметической сумме сил тяг отдельных тягачей.
Рис. 592. Применение нескольких тягачей для вытаскивания застрявшего танка
Самовытаскивание и тягач
Иногда, желая облегчить работу тягача и получить большую силу тяги, трос от тягача прикрепляют не к корпусу, а к опорным ветвям гусениц застрявшего танка, как при самовытаскивании, причем для помощи тягачу используют двигатель застрявшего танка. На самом деле от перемены места прикрепления тягового троса к застрявшему танку сила тяги не увеличивается. Действительно, сила тяги, развиваемая тягачом, определяется мощностью его двигателя и включенной передачей.
С этой силой и будет натянут трос, независимо от того, работает ли дви-
гатель застрявшего танка.
Если силы, созданной тягачом, достаточно, чтобы вытащить эвакуируемый танк, он выйдет и без помощи своего двигателя. Если же силы тяги недостаточно для вытаскивания, а двигатель застрявшего танка развивает большую силу, чем тягач, застрявший танк потащит тягач к себе. В этом случае нужно, заглушив двигатель и полностью затянув тормоза тягача, воспользоваться тягачом только как упором (анкером): гусеницы тягача будут неподвижны, они не будут разрушать грунт, сцепление повысится, и сила тяги увеличится.
Особенно выгодно применять самовытаскивание в том случае, когда танк надо тащить на подъем, а тягач движется по горизонтальному участку пути, например при вытаскивании танка из канавы или рва. В этом случае застрявшему танку передается только часть силы тяги на крюке (рис. 593, Л). Как видно из рис. 593, Л, сила тяги на крюке является равнодействующей двух составляющих, одна из которых прижимает трос к земле в месте его перегиба, вызывая трение троса о землю. Вторая составляющая силы тяги передается на наклонную ветвь троса. Часть составляющей силы тяги на наклонной ветви троса уравновешивается трением троса, и лишь остаток ее используется для вытаскивания танка. При крутизне подъема в 30° сила, используемая для вытаскивания танка, составит около половины силы тяги на крюке тягача.
Если затормозить тягач и применить самовытаскивание (рис. 593, S), сила тяги, развиваемая двигателем застрявшего танка, может быть использована полностью. Трение на перегибе будет ослаблять натяжение горизонтальной ветви троса, идущей к тягачу, что уменьшит вероятность сползания его назад.
Когда сила тяги на крюке тягача значительно больше силы тяги
застрявшего танка, трос надо прикрепить не к
Рис. 593. В этом случае самовытаскивание выгоднее, чем буксировка
гусеницам застрявшего танка, а к его корпусу. В этом случае самовытаскивание применять не следует. В помощь тягачу- можно использовать двигатель застрявшего танка и заставить его гусеницы вращаться; при этом для вытаскивания от тягача потребуется меньшая сила, так как застрявший танк, развивая силу тяги, будет помогать тягачу.
Таким образом, можно сделать окончательный вывод: поскольку сила тяги тягача и застрявшего танка зависит, в первую очередь, от их веса (разница ме-жду величинами — для разных машин незна-чительна), то самовы-
Рис. 594. Использование анкера в случае недостаточного сцепления гусениц тягача с грунтом
таскивание следует применять тогда, когда тягач весит меньше застрявшего танка или столько же. В этом случае тягач выгоднее использовать как упор. Если тягач весит больше, то застрявший танк надо вытаскивать тягачом. Одновременное применение самовытаскивании и буксировки никакой выгоды не дает.
Когда двигатель застрявшего танка поврежден и танк можно вытащить только тягачом, а сцепление гусениц тягача с грунтом не обеспечивает нужной силы тяги, следует применить самовытаскивание тягача. Нужно буксирным тросом соединить корпус тягача с корпусом застрявшего танка и к гусеницам тягача присоединить тросы, вторые концы которых прикрепить к неподвижному упору. Так как нижние ветви гусениц тягача будут неподвижны, то он сможет развить полную силу тяги, допускаемую мощностью его двигателя (рис. 594).
Вытаскивание с помощью полиспастов
Полиспастом называется механизм, состоящий из блоков, который позволяет путем уменьшения скорости увеличить силу. Простота устройства и огромные возможности увеличения силы с помощью полиспаста делают его важным и выгодным средством эвакуации. При помощи полиспаста можно увеличить силу в 50 и более раз.
Полиспасты состоят из блоков (подвижных и неподвижных) и тросов (рис. 595). Полиспасты бывают простые и сложные. Простой полиспаст имеет один (общий) трос, сложный — два и более.
Преимущества простого полиспаста: простота устройства, небольшая площадь размещения и минимальное число анкеров (неподвижных опор). Ею недостатки: низкий коэффициент полезного действия из-за большого числа блоков и длинный трос.
К преимуществам сложных полиспастов в сравнении с простыми относятся: меньшее количество блоков, следовательно, более высокий коэффициент полезного действия, менее длинные тросы, причем различной толщины, и, наконец, менее прочные анкеры, на изготовление которых затрачивается меньше времени и материалов. Недостаток сложных полиспастов: большая площадь, на которой они размещаются, большее число анкеров и более сложное устройство.
На рис. 595 приведены наиболее употребительные схемы простых и сложных полиспастов.
Рис. 595. Возможные схемы простых и сложных полиспастов, применяемых для различных случаев эвакуации танков
Определение передаточного числа полиспаста
Передаточным числом полиспаста называется отношение силы, получаемой от полиспаста, к силе, прикладываемой к полиспасту.
Пусть Р — сила, прикладываемая к полиспасту, a Pq — сила, получаемая на вытаскиваемом танке. Тогда
Здесь т)—коэффициент полезного действия полиспаста.
Передаточное число полиспастов, применяемых для эвакуации, всегда больше единицы (полиспаст увеличивает, а не уменьшает прикладываемую к нему силу).
Рассмотрим простой полиспаст и определим его передаточное число (рис. 596). Пренебрегая потерями на трение в полиспасте, примем к. п. д = 1.
Рассечем мысленно тросы по линии аа (рис. 596, Л). Отбросим левые части отсеченных тросов и заменим их действие силами Р, которые действуют в тросах (рис. 596,5). Очевидно, блоки будут уравновешены, если со стороны танка на них действует сила Pq = 4Р. Следовательно,
Вообще передаточное число про- Рис. 596. Определение передаточного числа стого полиспаста равно числу отсе- простого полиспаста
каемых ветвей троса.
Возьмем теперь сложный полиспаст, состоящий из трех простых полиспастов (рис. 597). Проводя сечения аа^ бб и вв, найдем, что передаточное число первого по-
лиспаста равно 2, второго 5 и третьего 9. Тогда общее передаточное число сложного полиспаста будет
i = 2-5-9 = 90.
Точно так же определяется передаточное число любого сложного полиспаста.
Зная передаточное число полиспаста, определяют по силе Ро, потребной на вы-
таскивание, силу, которую необходимо приложить, чтобы вытащить танк, т. е. силу Р:
"I
Если потребная для вытаскивания сила Pq и сила Р известны, то можно определить передаточное число i и подобрать схему полиспаста. Коэффициент полезного действия д в практических расчетах можно принимать для всех типов полиспастов равным 0,85.
Рис. 598. Движитель танка является простейшим полиспастом, дающим выигрыш в силе в 2 раза
Следует помнить, что гусеничный движитель танка можно использовать при эвакуации в качестве простейшего полиспаста, позволяющего вдвое увеличить силу. Если соединить два троса одним концом с тягачом, а другим с задними концами верхних ветвей гусениц аварийного танка (рис. 598), то получится простейший полиспаст (подвижный
блок), подобный изображенному на рис. 595 (второй сверху слева); передаточное число этого полиспаста равно 2.
Действительно, нижние ветви гусениц, прижатые к грунту танком, неподвижны. Задние колеса охвачены гусеницами так же, как подвижный блок тросом. Натягивая верхние ветви гусениц аварийного танка при помощи троса силой Р, получим на осях ведущих колес силу 2Р, толкающую вперед корпус танка. Гусеничный движитель аварийного танка может быть использован для его вытаскивания как простейший полиспаст, если отсутствуют блоки, а также тогда, когда тягач развивает недостаточную силу тяги на крюке.
ПЕРЕВЕРТЫВАНИЕ ОПРОКИНУВШЕГОСЯ ТАНКА
Опрокинувшийся танк надо прежде всего поставить на гусеницы, т. е. перевернуть его. Для этого необходимо при помощи тягача или лебедки создать силу, нужную для перевертывания танка. Величина потребной силы зависит от того, как перевертывать танк. Для перевертывания через носовую или кормовую часть потребуется одна сила, для перевертывания через борт — другая. Найдем приблизительное значение потребной силы (рис. 599).
танка
Рис. 599. К определению силы, потребной на перевертывание опрокинувшегося танка
На перевертываемый аварийный танк действуют сила веса G, создающая пару сил с плечом а, и потребная сила Р, создающая пару сил с плечом h. Сила Р перевертывает танк, вес G препятствует этому. Чтобы перевернуть танк, момент потребной силы Л4Х = Ph должен быть не меньше момента силы тяжести М2 = Ga, т. е.
Ph = Ga, или
Итак, потребная сила зависит от величины плеч а и h и веса аварийного танка G. Чем больше а и G, тем больше потребная сила; чем больше h, тем меньше потребная сила. В процессе перевертывания танка плечо а уменьшается, а плечо h увеличивается. Следовательно, потребная сила уменьшается. Наибольшего значения сила Р достигает в тот 586
момент, когда танк только начинает двигаться. Наибольшую величину силы Р и следует определять как искомую.
Плечо а зависит от длины танка и положения его центра тяжести. Плечо h зависит от того, в каком месте к танку прикреплен трос: чем выше он прикреплен к корпусу аварийного танка, тем меньшая сила тяги потребуется. В худшем случае можно считать, что a=h. Тогда
или
Р= О.
Если танк перевертывается через борт, отношение плеч меньше единицы. Следовательно, через борт танк перевертывать легче. Однако при этом менее удобно крепить трос.
Перевертывание применяется при вытаскивании застрявших танков. При перевертывании аварийного танка потребная сила в худшем случае может оказаться равной G, причем лишь на короткое время. Если вытаскивать танк без перевертывания, потребная сила иногда доходит до 4—5 G (например, при вытаскивании танка, глубоко погрузившегося в вязкий грунт).
АНКЕРЫ
Анкеры являются неподвижными опорами полиспастов при самовы-таскивании застрявших танков. Анкером может быть любой неподвижный предмет, который выдерживает достаточно большую силу: дерево, пень, заторможенный трактор, танк и т. д.
Не всегда на местности есть предметы, которые можно использовать в качестве анкеров, поэтому часто приходится устанавливать искусственные анкеры. В практике встречаются следующие искусственные анкеры: вертикальный анкер, горизонтальный анкер, анкерная стенка, металлический анкер.
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ АНКЕР
Вертикальный анкер показан на рис. 587. Это бревно (или бревна) диаметром 35—45 см, установленное в колодце. Бревно закрепляют под углом 15—20°. Колодец засыпают землей и землю утрамбовывают.
Летом анкер выдерживает нагрузку до 20 т; зимой, если диаметр бревна свыше 40 см, — 40 т. Вместо бревен можно использовать железнодорожные рельсы, швеллеры, железнодорожные шпалы.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ АНКЕР (ЛЕЖЕНЬ)
Горизонтальный анкер показан на рис. 600. Это бревно, уложенное в траншею. Чтобы при натяжении троса оно не вытаскивалось из траншеи, грунт внизу траншеи срезают, а для троса отрывают наклонную канаву.
Горизонтальный анкер выдерживает примерно ту же силу, что и вертикальный анкер. Надежность горизонтального анкера значительно увеличивается, если над траншеей поставить трактор или танк. В этом случае значительно уменьшается вероятность среза грунта бревном, а следовательно, и выбрасывания бревна наружу. По устройству горизонтальный анкер значительно проще вертикального.
Рис. 600. Устройство горизонтального анкера (лежня)
АНКЕРНАЯ СТЕНКА
На рис. 601 показана анкерная стенка с укосинами, которую делают на мягких песчаных грунтах, когда необходимо создать силу 50 т и выше.
Рис. 601. Устройство анкерной стенки с укосинами
МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ АНКЕР
На рис. 602 показан металлический анкер. Это плита, которую крепят на грунте длинными костылями. Допустимая нагрузка на костыль 0,5—0,7 т при длине костыля в 0,8 м и его диаметре 30 мм. Такой анкер выдерживает нагрузку около 5—6 т.
Рис. 602, Устройство литого металлического анкера
АНКЕРЫ НА БОЛОТИСТЫХ ГРУНТАХ
Поставить анкеры на болотистых грунтах чрезвычайно трудно, так как грунт на болоте мягкий. На рис. 603 показан один тип болотного анкера — анкер-треугольник. Анкер, установленный на болоте, следует загружать балластом для увеличения допустимой силы Р. При отсутствии подручных балластных материалов или времени для нагрузки в качестве балласта можно использовать танк.
Из практики известно, что допустимая сила для болотных анкеров равна 15—20 т.
Рис. 603, Анкер-треугольник, устанавливаемый на топких грунтах
ТАНК-АНКЕР
Как уже отмечалось выше, в качестве анкера может быть использован заторможенный танк. Минимальная сила, которую дает танк-анкер,
р== yG,
где с? — коэффициент сцепления гусениц с грунтом;
G — вес танка.
На хороших грунтах ср = 0,7 — 0,8. Тогда танк-анкер весом 30— 35 т даст силу около 20—25 т.
Если танк-анкер укрепить, как показано на рис. 604, то сила, которую он способен выдержать, возрастет на величину допустимой силы на анкеры крепления танка. Так, например, если танк-анкер закреплен тремя вертикальными деревянными анкерами, то допустимая на них нагрузка будет равна 50—60 т. Тогда танк-анкер выдерживает нагрузку 70—80 т.
Рис. 604. Крепление танка-анкера дополнительными анкерами
АНКЕР НА ЛЬДУ
На льду устраивают анкеры следующим образом (рис. 605). В прорубь опускают вертикально бревно, которое соединяют с горизонтальным бревном, спущенным под лед. Трос от горизонтального бревна к 590
вертикальному протягивают над лежнем и скручивают, чтобы придать, всей системе жесткость.
На глубоких водоемах анкер устраивают без вертикального бревна..
Рис. 605. Анкер, установленный на льду
ТРОСЫ
Для вытаскивания и буксировки тросы. Наиболее распространены тросы следующих диаметров:
1) для буксировки колесных машин 12—15 мм;
2) для буксировки легких танков 15—20 мм\
3) для буксировки средних танков 25—30 мм;
4) для буксировки тяжелых танков 25—40 мм;
5) для полиспастов 15—25 мм.
Сила, выдерживаемая тросом, широко колеблется даже для тросов одинакового диаметра.
Для соединения тросов применяются зажимы, приведенные на рис. 606. Зажимы обеспечивают надежную работу заделанных концов троса при усилии до 80% разрывного усилия.
На рис. 607 показаны способы правильного крепления тросов.
танков применяются стальные
Рис. 606. Л, 5, В — способы заделки концов троса; Г и Д — устройство зажимов для сращивания тросов
Привязывание троса к кольцу блока
Привязывание блока к крюку танка
Рис. 607. Способы крепления тросов
Крепление троса
БУКСИРОВКА И ТРАНСПОРТИРОВКА АВАРИЙНЫХ ТАНКОВ
Буксировкой называется передвижение аварийных танков посредством тягача. Транспортировкой называется перемещение аварийных танков, предварительно погруженных на полозья, сани, платформу и т. д.
БУКСИРОВКА
транспортировать из зоны на дальние расстояния: на ремонтные базы.
В первом случае
Аварийный танк можно буксировать и боевых действий в ближайшее укрытие или сборные пункты аварийных машин либо на
Рис. 608. Бронированный тягач
движение происходит обычно вне дорог, во втором случае — по дорогам.
Если аварийный танк находится под воздействием огня противника, то его буксируют бронированным тягачом (рис. 608) или обычным трактором, но при
помощи длинного троса
(рис. 609). Если аварийный танк находится в расположении своих частей, то его буксируют при помощи тракторов.
Состояние буксируемого аварийного танка может быть различно:
1) ходовая часть и управление буксируемого танка исправны;
2) ходовая часть исправна, но танк неуправляемый: неисправны приводы или механизмы управления, например вследствие коробления
дна заело тяги управления;
3) заклинена одна или обе гусеницы;
4) сбиты одна или обе гусеницы.
В первом случае буксировать аварийный танк нетрудно. Требуется только подобрать тягач. Для этого надо знать маршрут следования аварийного танка и наибольший подъем, который встречается на этом маршруте. Тогда сила тяги на крюке тягача определяется по формуле
/ 0,2Nv \
Л = (1-0,03а) '-о,1) GT
Здесь Рк — сила тяги на крюке в т;
а — угол подъема (или спуска) тягача в градусах;
Ny — удельная мощность в л. с./т;
— минимальная расчетная скорость в км/час;
GT — вес тягача в т.
Если ходовая часть аварийного танка исправна (гусеницы вращаются), но танк неуправляем, то танком управляют при помощи тягача. Чтобы аварийный танк лучше поворачивался, желательно соединить его с тягачом жесткой сцепкой (рис. 610 и 611). Жесткая сцепка на спусках не позволит аварийному танку накатываться на тягач. Если жесткой сцепки нет, то буксировать аварийный танк можно на мягкой сцепке двумя тросами, присоединенными крест-накрест, как показано на рис. 612. В этом случае направление движения буксируемого* танка выравнивается автоматически (рис. 612, Б и В).
Си
Рис. 609. Эвакуация неисправного танка трактором при помощи длинного гроса
Рис. 610. Жесткая сцепка для буксирования аварийного танка с неисправным управлением
Рис. 611. Жесткая сварная сцепка
Рис. 612. При расположении буксирных тросов крест-накрест увод аварийного танка устраняется автоматически
При мягкой сцепке сложнее буксировать аварийный танк на спусках. Если спуск больше 6—7°, то, как мы видели выше, танк требуется тормозить. Так как аварийный танк неуправляемый, то, следовательно,
Рис. 613. Буксирование аварийного танка с неисправным управлением на затяжных спусках больше 6—7°
его невозможно и притормаживать. В этом случае при длинных спусках можно сзади аварийного танка прицепить второй тягач, который и должен будет осуществлять торможение аварийного танка (рис. 613). Если спуск короткий, то аварийный танк можно спустить при помощи троса, привязав тягач сзади аварийного танка (рис. 614). На очень крутых
Рис. 614. Буксирование танка с неисправной ходовой частью на коротких спусках
Рис. 615. Буксирование аварийного танка с неисправным управлением на крутом спуске
спусках для падежного торможения аварийного танка к его гусеницам привязывают бревно. В этом случае тягач должен развивать силу тяги, достаточную для того, чтобы буксировать аварийный танк с заторможенными гусеницами (рис. 615).
Если заклинены обе гусеницы аварийного танка, то буксировать танк очень трудно. Даже для движения по горизонтальному участку пути (а = 0) необходим тягач, почти в два раза тяжелее аварийного танка. Поэтому в данном случае буксировать нецелесообразно. Если маршрут эвакуации проходит по твердому грунту, то рекомендуется снять гусеницы и буксировать танк на опорных катках. Для торможения аварийного танка на спусках можно привязать сзади танка, как и в случаях, рассмотренных выше, второй тягач. Если на маршруте буксировки встречаются участки мягкого грунта, то нельзя снимать гусеницы, так как опорные катки аварийного танка увязнут в грунте. В таких случаях приходится транспортировать аварийный танк на полозьях или санях. Если заклинена только одна гусеница, а другая вращается, то на твердых грунтах целесообразно буксировать аварийный танк, сняв заклиненную гусеницу. На мягком грунте танк надо транспортировать.
В том случае, если сбита одна или обе гусеницы, поступают, как указано в предыдущем случае.
ТРАНСПОРТИРОВКА
Для перевозки аварийных танков на большое расстояние по хорошим дорогам с твердым покрытием в качестве транспортных средств пользуются специальными прицепами большой грузоподъемности — трайлерами. Трайлер — многокатковая платформа, буксируемая мощным колесным (или гусеничным) тягачом. Современные трайлеры, обладая высокой грузоподъемностью, обеспечивают перевозку танков всех типов. Трайлеры оборудованы мощными механическими лебедками, которыми втаскивают неисправный танк на платформу. Кроме трайлеров, в качестве транспортного средства применяются полозья и сани.
На рис. 616 показан деревянный полоз с металлической оковкой. Полозья делают и чисто металлические (рис. 617).
Для установки на полозья аварийный танк приподнимают домкратами последовательно с одной и с другой стороны и подводят полозья под его ходовую часть. Связанные между собой полозья (сани) можно врыть в землю и накатить на них танк, как показано на рис. 618.
Прицепное устройство из троса Ф 25-30мм
уголок /00 ж 100 м м
Отверстия для крепления к танку
Рис. 616. Конструкция деревянного полоза, окованного стальными полосами, для транспортировки аварийных танков
Косынка
Рис, 617. Конструкция металлического сварно! о полоза для буксировки танков
Рис. 618. Установка аварийного танка на полозья
Сопротивление движению аварийного танка, установленного на полозья, при движении по грунту на подъем определяется по формуле
/?0 ==(0,6+0,Ola) G,
где /?0 — сопротивление движению в г;
а — угол подъема пути в градусах;
G—вес аварийного танка в т.
Из формулы следует, что сопротивление движению полозьев очень значительно. Особенно большое сопротивление полозья оказывают при повороте.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ...................................................... 3
ГЛАВА ПЕРВАЯ
ИЗ ИСТОРИИ ОТКРЫТИЙ И ИЗОБРЕТЕНИЙ, подготовивших СОЗДАНИЕ ТАНКА
Создание двигателя............................................ 8
Паровая машина И. И. Ползунова........................... —
Применение паровой машины для автомобиля и колесного трактора ................................................... 12
Двигатель внутреннего сгорания ............................. —
Двигатели с воспламенением от сжатия, работающие на тяжелом горючем ................................................ 14
Создание гусеничного движителя.................................. 16
Гусеничный ход конструкции Дмитрия Загряжского........... —
Одногусеничный паровой трактор конструкции С. Маевского . . —
Двухгусеничный паровой трактор Ф. А. Блинова .............. 18
Производство броневой стали . . ............................. 21
Производство стали в России. П. П. Аносов, П. М. Обухов, Д. К. Чернов............................................. —
Производство стальной брони. Мастер В. С. Пятов......... 23
Развитие огнестрельного оружия............................... 25
ГЛАВА ВТОРАЯ
ИЗОБРЕТЕНИЕ ТАНКА И ЕГО РАЗВИТИЕ
Изобретение танка............................................ 29
Проект тяжелого танка В. Д. Менделеева .................. —
Русский „Вездеход* — первый в мире танк................. 31
Проект „броненосного трактора* ......................... 34
Колесный танк Н. Н. Лебеденко........................... 35
Танки первой мировой войны....................................... 36
Между двумя войнами.............................................. 42
Зарождение и развитие советской танковой техники .............. —
Советские танки в период гражданской войны .................. —
Советское танкостроение между 1927 и 1931 гг................ 45
Предвоенные пятилетки и советское танкостроение ............ 26
Развитие советских танков .................................. 49
Создание советского танкового двигателя с воспламенением от сжатия................................................... 51
Новый средний и тяжелый советские танки..................... 52
Танкостроение за границей..................................... 56
Танкостроение в Англии ...................................... —
Танкостроение во Франции.................................... о7
Танкостроение в США......................................... 58
Танкостроение в Германии..................................... —
Танки во второй мировой и Великой Отечественной войне............ 60
Война на Западе................................................ —
Танки в Великой Отечественной войне........................... 61
Англо-американское танкостроение в период второй мировой войны 76
Заключение................................................... 78
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ТАНКА
Броневой корпус, башня и вооружение танка.................. 84
Броневой корпус ............................................. —
Броневая башня. Вооружение.................................. 86
Компоновка. Расположение трансмиссии........................ 88
Отделения корпуса .......................................... 92
Защита ходовой части........................................ 99
Моторная установка и трансмиссия ................................. —
Моторная установка............................................. —
Трансмиссия.................................................. 100
Главный фрикцион ............................................ —
Коническая передача ....................................... 106
Коробка передач ........................................... 107
Механизм поворота.......................................... 115
Тормоза.................................................... 119
Бортовые передачи ......................................... 122
Установка и соединение механизмов трансмиссии ............. 124
Ходовая часть................................................... 125
Гусеничный движитель........................................... —
Гусеницы. Зацепление гусениц с ведущими колесами............. —
Направляющее колесо. Натяжное устройство............... 129
Поддерживающие катки....................................... 131
Опорные катки................................................ —
Подвеска •................................................... 133
Типы рессор................................................ 134
Вспомогательное оборудование ................................... 136
Наблюдение из танка............................................ —
Смотровые щели............................................. 137
Перископ.................................................... 137
Наблюдение экипажа.......................................... 140
Средства связи ................................................ 142
Внешняя связь................................................ —
Внутренняя связь ........................................... 143
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ДВИГАТЕЛЬ
Работа двигателя .............................................. 145
Основные понятия............................................ —
Двигатель................................................ —
Горючая смесь............................................ 146
Кривошипно-шатунный механизм............................. 147
Рабочий цикл четырехтактного двигателя...................... 148
Впуск........................................................ —
Сжатие................................................... 149
Расширение............................................... 151
Выпуск................................................... 152
Фазы газораспределения............•........................... —
Маховик..................................................... 154
Рабочий цикл двухтактного двигателя ........................ —
Дизель и карбюраторный двигатель............................ 158
Воспламенение от сжатия ................................. —
Детонация................................................ 159
Преимущества дизеля и его недостатки..................... —
Крутящий момент и мощность.................................. 160
Крутящий момент, обороты, мощность....................... —
Зависимость размеров двигателя от его оборотов .......... 163
Литраж................................................... —
Наполнение двигателя..................................... 164
Число тактов............................................. —
Степень сжатия........................................... 165
Состав горючей смеси ........................................ —
Момент воспламенения рабочей смеси....................... 166
Литровая мощность........................................ 167
Использование энергии горючего........................... —
Удельный расход горючего................................. 168
Скоростная характеристика двигателя...................... —
Приспособляемость двигателя ............................. 170
Многоцилиндровые двигатели...................................... —
Одноцилиндровый и многоцилиндровый двигатели............. —
Расположение цилиндров................................... 171
Силовые установки из нескольких двигателей............... 172
Порядок работы цилиндров двигателя ...................... 173
Уравновешенность двигателя............................... 176
Крутильные колебания и демпфер........................... 179
Устройство двигателя .......................................... 181
Кривошипно-шатунный механизм................................ 184
Цилиндры................................................. —
Поршень.................................................. 185
Шат>н.................................................... 186
Коленчатый вал.............................................. 188
Картер................................................... —
Механизм газораспределения.................................... 190
Расположение и количество клапанов............................ —
Привод к клапанам.......................................... 192
Клапаны и толкатели........................................ 194
Распределительный вал и передача к нему.................... 196
Передача к вспомогательным агрегатам и механизмам двигателя —
Система питания .............................................. 198
Топливные баки................................................ —
Топливоподкачивающий насос.................................... —
Фильтры ..................................................... 200
Топливный насос. Форсунки.................................. 201
Карбюратор................................................. 207
Регулятор.................................................... 212
Регулятор максимальных оборотов и двухрежимный регулятор . . 214
Всережимный регулятор........................................ 215
Корректор подачи топлива .................................... 218
Воздушный фильтр............................................. 219
Система смазки ............................................... 221
Масляные баки............................................. 222
Масляные насосы............................................. —
Масляный фильтр........................................... 225
Масляный радиатор........................................... —
Система охлаждения ............................................. 226
Жидкостное (водяное) охлаждение............................... —
Количество воды в системе.................................... 230
Закрытая система охлаждения................................... —
Воздушное охлаждение......................................... 231
Система запуска ................................................. —
Электрический стартер ....................................... 232
Воздухопуск .................................................. —
Электроинерционный стартер................................... 233
Запуск двигателя зимой....................................... 235
Специальные средства для запуска.............................. —
Прогрев двигателя после запуска.............................. 236
ГЛАВА ПЯТАЯ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТАНКА
Основные понятия................................................. 239
Атомы........................................................... —
Электрический ток.............................................. 240
Электродвижущая сила и напряжение.............................. 241
Сила тока...................................................... 243
Сопротивление .................................................. —
Закон Ома...................................................... 244
Генератор....................................................... 245
Магнетизм....................................................... —
Магнитные свойства тока........................................ 248
Намагничивание железа.......................................... 249
Электромагнитная индукция ..................................... 250
Работа генератора .............................................. —
Регулятор напряжения........................................... 254
Аккумуляторные батареи............................................ 256
Простейший аккумулятор ........................................ —
Зарядка аккумулятора .......................................... 258
Разрядка аккумулятора ......................................... 259
Емкость аккумулятора ........................................ 261
Стартерный аккумулятор......................................... 262
Сульфатация.................................................. 263
Саморазряд .................................................... 264
Плотность электролита ....................................... 265
Соединение аккумуляторов..................................... 266
Совместная работа аккумуляторной батареи и генератора ....... 268
Реле обратного тока.......................................... 269
Стартер........................................................... 270
Движение проводника с током в магнитном поле................... 271
Электромотор ................................................... —
Электромотор с последовательным возбуждением................. 273
Мощность стартера ............................................. 274
Устройство стартера. Реле привода............................ 276
Пусковое реле................................................ 278
Электрический привод механизма поворота башни .................... 279
Общая схема электрооборудования................................... 282
Зажигание рабочей смеси........................................... 285
Батарейное зажигание............................................ —
Установка зажигания. Опережение зажигания...................... 289
Зажигание от магнето........................................... 290
ГЛАВА ШЕСТАЯ
БРОНЕВАЯ ЗАЩИТА
Броня........................................................... 295
Свойства брони .............................................. —
Строение стали ............................................ 296
Термическая обработка стали ............................... 299
Легированные стали......................................... 301
Литая и катаная сталь...................................... 302
Однородная и неоднородная броня ........................... 303
Бронебойные средства ........................................... 305
Бронебойные снаряды и пули .................................. 306
Бронебойный снаряд .......................................... —
Подкалиберный снаряд ...................................... 308
Бронебойные пули........................................... 310
Фугасные бронебойные средства.................................... —
Кумулятивный снаряд.......................................... 311
Индивидуальные бронебойные средства. Кумулятивные мины и гранаты.................................................. 313
Гусеничная торпеда........................................... 315
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ОГНЕВАЯ МОЩЬ
Вооружение........................................................ 318
Виды оружия..................................................
Увеличение мощности огня танковых пушек........................ 321
Устройство танковой пушки . ................................... 322
Ствол ............................................. —
Затвор....................................................... 324
Противооткатные устройства................................... 335
Продувка ствола................................................ 339
Боевой комплект. Заряжание пушки................................ —
Маневр огнем.................................................... 342
Установка оружия. Вертикальная наводка ......................... —
Горизонтальная наводка (поворот башни)......................... 345
Механизм поворота башни и привод к нему........................ 347
Практическая скорострельность ................................. 352
Вероятность поражения цели..................................... 354
Прицелы........................................................ 356
Колебания...................................................... 363
Колебания танка ............................................... 365
Затухание колебаний............................................ 368
Тряска....................................................... 369
Гасители колебаний — амортизаторы............................... —
Стабилизация .................................................. 372
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
ПОДВИЖНОСТЬ
Как движется танк............................................... 376
Сила тяги и сопротивление движению.............................. 377
Сила тяги................................................... —
Сопротивление качению ...................................... —
Удельное давление ........................................... 378
Коэффициент сопротивления качению............................ 380
Сопротивление движению на подъеме. Сила сопротивления движению 383
Сопротивление движению на спуске. Тянущая сила............... 384
Сила тяги и сцепление........................................... 385
Буксование гусениц ...................................... . . —
Сила тяги по сцеплению. Коэффициент сцепления................ 387
Предельный подъем, преодолеваемый танком..................... 389
Скорость танка и сила тяги...................................... 390
Коробка передач ..................... • ...................
Мощность двигателя и сила тяги............................ —
Передаточное число........................................ 392
Коробка передач ........................................... 394
Диапазон скоростей ........................................ 396
Промежуточные передачи..................................... 397
Рабочий диапазон........................................... 399
Схемы коробок передач........................................ 400
Задний ход................................................... 402
Демультипликатор........................................... 403
Главный фрикцион ............................................... —
Удар шестерен при переключении............................... —
Фрикционная муфта...................................... . 405
Крутящий момент, передаваемый фрикционом...................... —
Работа фрикциона при быстрой остановке тапка ............. 407
Работа фрикциона при трогании танка с места ................. 408
Механизм выключения и привод управления фрикционом ..... —
Устройства, облегчающие выключение фрикциона . . . . • ... 410
Беспружинные фрикционы....................................... 412
Регулировка фрикциона ....................................... 413
Устройства для облегчения переключения передач ......... 414
Постоянное зацепление шестерен .......... . .................. 415
Уравнители скоростей (синхронизаторы)............... ........ 416
Избиратель (селектор).................................... 417
Автоматическое переключение передач...................... 420
Планетарные передачи............................................ 422
Принцип действия....................................... —
Передаточное число планетарной передачи ........... 425
Преимущества планетарной передачи................ 427
Планетарная коробка передач.............................. 428
Бортовая передача.......................................... 429
Условия работы передаточных механизмов и потеря мощности в них 431
Условия работы........................................... —-
Смазка.................................................... —
Потери мощности в танке...................................... 432
Непрерывные трансмиссии........................................... 433
Гидравлические трансмиссии................................ . —
Передача давлением (гидростатическая)........................ 434
Передача потоком (гидродинамическая) ........................ 437
Электрическая трансмиссия....................................... 442
Разгон и торможение............................................... 445
Приемистость .................................................... —
Разгон и сила тяги.............................................. —
Приемистость и удельная мощность. Время и путь разгона . . . 446
Торможение...................................................... 447
Способы торможения.............................................. —
Теоретический путь торможения................................. 448
Действительный путь торможения................................ 450
Тормоза......................................................... 451
Самоторможение (серводействие).................................. —
Регулировка тормозов.......................................... 452
Скорости танка .................................................... 453
Расчетная скорость и сила тяги....................................... —
Расчетная скорость ............................................. —
Расчетная сила тяги и удельная мощность......................... —
Действительные скорости движения танка.......................... 454
Максимальная скорость........................................... —
Средние скорости.............................................. 456
Способы повышения скоростей танков............................ 457
Подвеска........................................................... 458
Жесткая независимая подвеска....................................... —
Жесткая балансирная подвеска..................................... 459
Рессорная (упругая) подвеска .................................... 460
Характеристика рессоры........................................... 461
Характеристика подвески........................................ 462
Распределение нагрузки между катками ............................ 463
Прочность и работоспособность подвески........................... 465
Расход горючего и запас хода....................................... 466
Расход горючего.....................................-.............. —
Удельный расход горючего........................................ —
Расход горючего на 1 км пути. Расход горючего за 1 час работы двигателя ................................................... 468
Расход масла................................................ 470
Запас хода танка................................................... —
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
ПОВОРОТЛИВОСТЬ
Поворот танка ...................................................
Радиус поворота и угловая скорость ...........................
Как происходит поворот .......................................
Равномерный и неравномерный поворот.........................
Сила инерции при повороте ..................................
Устойчивость поворота ......................................
Силы, действующие на танк при повороте........................
Сопротивление повороту ....................................
Сила тяги и тормозная сила ................................
Коэффициент сопротивления повороту и радиус поворота . . . . Занос танка и предельная скорость при повороте .............
Мощность при повороте......................................
Поворот на расчетных радиусах ................................
Прямолинейное движение..............
Поворот вокруг центральной оси танка
Поворот вокруг одной из гусениц (R, = В)
Поворот с радиусом, большим ширины колеи (R^> В)...............
Циркуляция мощности.......................................
Потребная на поворот мощность ............................
Поворот на радиусах, отличающихся от расчетного.............
Промежуточные радиусы поворота ...........................
Потеря мощности...........................................
Поворот с буксованием тормоза ............................
Тормозная и потребная мощность при различных расчетных радиусах
Механизмы поворота...........................................
Независимые механизмы.....................................
472
475
477
478
480
481
483
484
485
486
487
488
490
492
493
494
496
498
499
Бортовые фрикционы......................................
Планетарные механизмы поворота............................... 500
Дифференциальные механизмы.................................... 504
Простой дифференциал........................................... —
Двойной дифференциал........................................ 508
Приводы управления механизмами поворота ........................ 511
Требования к приводам управления механизмами поворота ... —
Привод к тормозу............................................ 512
Привод управления бортовым фрикционом и тормозом.............. 513
Разделитель ................................................... —
Привод управления многоступенчатыми механизмами............... 515
Регулировка приводов.......................................... 518
Трансмиссии с двойным подводом мощности.......................... —
Трансмиссия с дифференциалом................................ 519
Трансмиссия без дифференциала (независимая)................... 521
Поворот танка с гидравлической трансмиссией..................... 524
Поворот танка с электрической трансмиссией ..................... 525
Сравнительная оценка механизмов поворота........................... 526
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ
ПРОХОДИМОСТЬ
Противотанковые препятствия и преодоление их .................... 532
Устойчивость танка ............................................... —
Тяговые свойства танка.......................................... 535
Преодоление рвов................................................. 535
Преодоление подъемов............................................. 538
Правила преодоления подъемов................................ 541
Преодоление коротких подъемов............................... —
Преодоление крутых спусков....................................... 544
Торможение двигателем....................................... —
Торможение тормозами и комбинированное торможение.............. 546
Устойчивость на спуске......................................... 547
Управление танком на спуске.................................... 548
Преодоление обрывов и стенок..................................... 549
Преодоление эскарпов ....................................... —
Преодоление контрэскарпов ..................................... 552
Преодоление вертикальных стенок и валиков ..................... 553
Преодоление болот и глубокого снега ............................. 554
Преодоление лесистой местности .................................. 556
Преодоление водных преград....................................... 559
Мосты .......................................................... —
Переправы вброд и по понтонным мостам.......................... 560
Плавающие танки................................................ 562
Ледяные переправы........................................... —
Другие виды противотанковых препятствий.......................... 566
Противотанковые мины и фугасы............................... —
Надолбы, пни, ежи.............................................. 570
Малозаметные препятствия и проволочные заграждения............. 571
Эвакуация ....................................................... —
Вытаскивание застрявших танков................................... 572
Виды застревания танков ........................................ —
Определение силы, потребной для вытаскивания застрявшего танка...................................................... 573
Способы вытаскивания застрявших танков......................... 575
Самовытаскивание............................................ 576
Вытаскивание при помощи тягача.............................. 580
Самовытаскивание и тягач.................................... 581
Вытаскивание с помощью полиспастов.......................... 583
Перевертывание опрокинувшегося танка............................. 586
Анкеры .......................................................... 587
Вертикальный анкер..............................,........... —
Горизонтальный анкер (лежень)................................... —
Анкерная стенка ............................................... 588
Металлический анкер............................................ 589
Анкеры на болотистых грунтах.................................... —
Танк-анкер..................................................... 590
Анкер на льду................................................... —
Тросы............................................................ 591
Буксировка и транспортировка аварийных танков ...................... 592
Буксировка ....................................................... —
Транспортировка ................................................. 597