Электрическая трансмиссия для танка

Двигатель и трансмиссия Tiger(P)

Уже не один год среди историков и любителей ведутся споры о главной особенности «Тигра Порше» — электротрансмиссии. Одни считают, что ее применение было оправдано, другие — что именно из-за нее на вооружение был принят «Тигр Хеншеля». В этой статье описаны все основные варианты двигателей и трансмиссий, каждый из которых мог быть запущен в серийное производство.

Двигатель и трансмиссия Typ 101

Все элементы силовой установки размещались в одном отделении позади башни.

Главная проблема компоновки состояла в большой ширине блока из двух двигателей и генераторов. Из-за этого поместить систему охлаждения слева и справа от двигателей (как на «Тиграх» и «Пантерах») было очень сложно. Отказ от поддерживающих катков позволил увеличить объем надгусеничных полок, где система охлаждения в итоге и оказалась. Именно ее недостатки были одними из самых существенных минусов и «Тигра Порше», и «Фердинанда».

Два бензиновых двигателя воздушного охлаждения Typ 101 (объем каждого — 15 литров) общей мощностью 620 л.с. помещались в корпусе в одном блоке с двумя генераторами Siemens aGV 275/24 мощностью 275 киловатт каждый. Такая схема позволяла экономить место в корпусе и обеспечивала удобство ремонта в полевых условиях: неисправный блок можно было при помощи крана вытащить из танка целиком.

Позади блока генераторов у кормового бронелиста располагались два тяговых электродвигателя Siemens D1495a мощностью 230 киловатт каждый.

Электродвигатели соединялись последовательно, благодаря чему «Тигр Порше» хорошо держал направление при езде по прямой и был удобен в управлении: если одна гусеница крутилась быстрее другой, то напряжение на соответствующем электромоторе поднималось, но шунтовая обмотка ослабляла магнитное поле этого мотора, что приводило к уменьшению вращающегося момента и выравниванию движения всего танка.

Трансмиссия Voith на «Typ 102»

Еще в 1939 году Порше был обеспокоен возможными проблемами, связанными с электротрансмиссией. Уже тогда при проектировании Typ 100 возникла мысль использовать гидравлическую трансмиссию. Поскольку в производстве электротрансмиссии обходилась дорого, возникла идея сделать часть «Тигров» с гидравлической трансмиссией Voith, и такой вариант получил название Typ 102. В качестве двигателей рассматривались все те же Typ 101 воздушного охлаждения. Максимальная скорость Typ 102 составляла 35 км/ч.

По плану половину из сотни «Тигров Порше» должны были составлять Typ 101, а вторую — Typ 102.

Typ 130 и Typ 131

Как мы уже говорили, двигатели Typ 101 имели воздушное охлаждение. Такая схема обладала массой недостатков: танк был более шумным, и двигатели плохо охлаждались. Жидкостное охлаждение эффективнее, к тому же такая система занимает меньше места. Почему выбрали именно воздушное? Ответ очевиден — простота конструкции. Двигатель с воздушным охлаждением можно было установить на танк и провести испытания ходовой части в кратчайший срок, чем и воспользовался Порше, отстававший от конкурента.

После первых испытаний инженеры пошли двумя путями. С одной стороны, рассматривалась возможность использовать серийные двигатели жидкостного охлаждения Maybach HL 120TRM, которые ставились на Pz III и Pz IV. С другой — стоило попробовать довести до ума двигатели Typ 101, поскольку они выдавали в сумме на 20—40 л.с. больше, чем «Майбахи».

Typ 130 — вариант «Тигра Порше» с двигателями Maybach HL 120TRM и электротрансмиссией, а Typ 131 — с гидравлической трансмиссией. Варианты Typ 130 и Typ 131 были очень многообещающими, поскольку основные недостатки силовой установки (кроме системы охлаждения) в них устранили. Один «Тигр Порше» с гидравлической трансмиссией и двигателями Maybach использовался в войсках до 1944 года и был потерян в бою. Однако в серию Typ 131 не пошел — на вооружение был принят «Тигр» фирмы «Хеншель». Наработки по двигателям Maybach очень пригодились при проектировании «Фердинанда», не зря Порше с энтузиазмом принял предложение по разработке новой САУ.

Двигатель Typ 101/2 на Typ 103

Помимо планов по установке двигателей Maybach, велись работы по совершенствованию двигателей воздушного охлаждения Typ 101. Крышу моторного отделения немного переделали, а над генераторами установили вентиляторы. Typ 101 с новой системой охлаждения получил название Typ 101/2 и устанавливался в Typ 103 — новую модификацию «Тигра Порше» с изменениями в системе охлаждения.

Над вентиляционными решетками закрепили дополнительные защитные листы, а над генераторами — элементы системы охлаждения.

Надежность электротрансмиссии

То, что главная проблема «Тигра Порше» — его ненадежная и часто ломающаяся электротрансмиссия, не более чем миф. Настоящая проблема была в другом. Во-первых, двигатели Typ 101 не находились в серийном производстве. Во-вторых, были сырыми и не доведенными до ума. Прибавим сюда проблемы с системой охлаждения. Что же до надежности электротрансмиссии, то она была вполне приемлемой, что отмечают и немецкие, и советские танкисты.

Из отчета по испытаниям трофейного «Фердинанда» в Кубинке, 1943 год:

«За время испытания не было ни одного случая отказа или дефектов в работе каких-либо агрегатов по причине их несовершенства. Испытания электрической трансмиссии «Фердинанд» проводил совместно с заводом №627 НКЭП при участии инженеров-специалистов по электротяге НИИ НКПО.

8. По надежности работы.

а) Все агрегаты силовой установки, особенно электротрансмиссия, во время испытаний работали надежно.

б) Все элементы ходовой части работали надежно.

9. По электрической трансмиссии.

Электрическая трансмиссия имеет следующие положительные данные:

а) Принципиальная простота и высокая надежность в работе.

б) Обеспечение наиболее полного использования мощности первичных двигателей.

в) Возможность работы первичных двигателей в наиболее благоприятных режимах при различных условиях движения машины».

Конечно, «Фердинанд» отличается от «Тигра Порше», но его силовая установка почти полностью соответствует Typ 130, так что все вышесказанное, с поправкой на массу, актуально и для него.

Такое же мнение об электротрансмиссии Порше составили в процессе эксплуатации и немецкие танкисты, которые отмечают и недостатки системы охлаждения. Из доклада Хайнца Грешела:

«Температура в моторном отделении такая высокая, что в некоторых случаях начинало кипеть топливо.

Бензиновые двигатели. Неполадки в моторах являются в последнее время особенно многочисленными. Наиболее характерными из них являются:

Деформируются или изнашиваются клапана, как следствие разбитые поршни, шатуны и головки цилиндров.

Трещины и неплотные гильзы цилиндров, конечно, являются последствием перегрева.

Генераторы и электромоторы. В Нойзейдле у нас было последнее повреждение генератора. Это опять было короткое замыкание в рубящем контакте. С тех пор устройства работают без дефектов. Все же нужно подчеркнуть, что сейчас преобладает сухая погода и эти агрегаты редко полностью охлаждаются».

Это важно : тяговые электродвигатели не имели своей системы охлаждения.

Конечно, это писалось про эксплуатацию «Фердинандов», но в какой-то мере актуально и для «Тигра Порше». Известный специалист по истории немецкой бронетехники Хилари Дойл тоже считает проблемы с системой охлаждения самыми существенными, электротрансмиссия же, по его мнению, работала вполне надежно.

Электрический танк: перспективы применения электродвижения в наземной боевой технике

Гражданская техника

Первые электромобили появились раньше автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в 1828 году. В начале XX века электромобили составляли свыше трети всего автопарка США. Однако затем постепенно стали сдавать свои позиции, уступая автомобилям по дальности хода, удобству заправки и другим параметрам.

Может быть реализовано несколько вариантов конструкции электромобилей. Классический электромобиль получает электроэнергию из аккумуляторных батарей, заряжаемых на зарядной станции. Электромобиль с внешним подводом электрической энергии получает электроэнергию от внешних проводников контактным способом или с помощью электромагнитных полей. Для подзарядки аккумуляторных батарей электромобиля может быть установлен ДВС с генератором или же электроэнергия может вырабатываться из жидкого или газообразного топлива напрямую, с помощью каталитических топливных ячеек. Все вышеперечисленные схемы могут комбинироваться в различных вариантах.

Периодически интерес к электромобилям возобновлялся, обычно во время повышения цен на нефтепродукты, но быстро угасал: автомобили с ДВС оставались вне конкуренции. В результате техника с электродвижением получила распространение в сегменте транспорта с внешним подводом электрический энергии: электропоездах, трамваях троллейбусах, в нише складской техники.

В отдельный сегмент можно выделить специальную технику, например, карьерные самосвалы грузоподъёмностью свыше 100 тонн, на которых применяется электромеханическая трансмиссия.

В начале XXI века интерес к электромобилям возобновился на новом уровне. Определяющим фактором стало не подорожание нефтепродуктов, а требование экологических активистов по уменьшению вредных выбросов. Производителем, максимально оседлавшим «экологическую волну», стала американская компания Tesla обожаемого (ненавидимого) многими Илона Маска.

Но кто и как бы ни относился к Илону Маску, нельзя отрицать того, что компанией Tesla проделана огромная работа: создан фактически отдельный сегмент авторынка, электромобили стали направлением, в которое автогиганты стали активно вкладывать средства. Если в каком-то направлении активно ведутся разработки, то результат рано или поздно будет достигнут. Появятся новые аккумуляторы с увеличенной ёмкостью, высокой скоростью зарядки и расширенным температурным диапазоном применения, более эффективные и компактные электродвигатели, с интегрированными коробками передач, которые могут быть размещены в мотор колёсах с малой неподрессоренной массой и другие разработки.

Можно не сомневаться, что в обозримой перспективе электромобили практически вытеснят автомобили с ДВС, причём не по экологическим причинам, а по причине общего технического превосходства электромобилей.

Военная техника

В 1917 году французская компания FAMH выпустила 400 танков «Saint Chamond» с электротрансмиссией «Crochat Collendeau», в которой бензиновый двигатель «Панар» соединялся непосредственно с электрогенератором, который питал током два электромотора, каждый из которых соединялся с ведущим колесом и гусеничным движителем. Также в 1917 году в Великобритании прошел испытания танк с электрическими трансмиссиями компаний «Даймлер» и «Бритиш вестингхауз».

К более поздним примерам можно отнести немецкую тяжёлую самоходную артиллерийскую установку (САУ) «Фердинанд» («Элефант») массой 65 тонн. Силовая установка «Фердинанда» включала два V-образных 12-цилиндровых карбюраторных двигателя водяного охлаждения «Майбах» HL 120 TRM мощностью по 265 л. с., два электрогенератора Siemens-Schuckert Typ aGV напряжением 365 вольт и два тяговых электродвигателя Siemens-Schuckert D149aAC мощностью по 230 кВт, расположенных в корме корпуса, которые приводили в действие каждый своё колесо через понижающий редуктор, выполненный по планетарной схеме.

При относительной новизне «Фердинанда» существует не так уж много нареканий на её работу. В качестве таковых можно отметить большую сложность и стоимость по сравнению с силовыми установками классической конструкции, а также необходимость использования значительного количества дефицитной у Германии меди.

Помимо САУ «Фердинанд», применение электродвижения рассматривалось и в немецком сверхтяжёлом танке 188-тонном танке «Maus» («Мышонок»).

Примерно в тот же период в СССР на базе танка КВ-1 был разработан экспериментальный тяжелый танк ЭКВ с электромеханической силовой установкой. Технический проект танка ЭКВ был разработан в сентябре 1941 года, а в 1944 году опытный образец танка ЭКВ вышел на испытания. Предполагалось, что применение электромеханической трансмиссии на танке позволит уменьшить расход топлива, улучшить маневренность и динамические характеристики танка.

В состав электромеханической трансмиссии танка ЭКВ входил стартер-генератор ДК-502Б, соединенный с дизелем В-2К, и два тяговых электродвигателя ДК-301В, с двумя бортовыми редукторами и аппаратурой управления.

По результатам испытаний конструкцию танка ЭКВ признали неудовлетворительной, работы по проекту были свёрнуты.

Проекты «электрических» танков велись в Британии, США, СССР, Германии и Франции, а также в других странах на всём протяжении XX века. Тем не менее на текущий момент максимальное развитие получили танки и бронемашины традиционной компоновки.

Преимущества и перспективы

Почему же постоянно происходит возврат к вопросу обеспечения электродвижения наземных боевых машин, несмотря на большое число закрытых экспериментальных проектов?

С одной стороны, идёт развитие технологий, применение которых в системах электродвижения позволяет рассчитывать на получение положительных результатов, недостижимых ранее. Разрабатываются электродвигатели на постоянных магнитах и асинхронные электродвигатели, генераторы электрического тока с высоким КПД, системы распределения энергии, аккумуляторы, обеспечивающие возможность быстрой зарядки и многое другое.

В последнее время речь идёт уже не только о наземной технике с электродвижением, но и о создании полностью электрических самолётов вплоть до достаточно крупных пассажирских моделей.

С другой стороны, всё более востребованными являются преимущества, которые может предоставить электродвижение наземной боевой технике:
— возможность гибкой компоновки боевой машины из-за отсутствия в электротрансмиссии агрегатов с жёсткой механической связью, обеспечиваемой валами;
— повышенная живучесть боевой техники из-за возможности резервирования компонент электротрансмиссии;
— возможность отказа от пожароопасных гидравлических приводов в пользу электрических;
— возможность движения боевой техники на ограниченных отрезках пути в режиме максимальной маскировки, с минимальной демаскировкой по звуковым и тепловым признакам;
— возможность рекуперации электроэнергии при торможении;
— лучшие динамические характеристики и параметры проходимости бронетехники, оснащённой электротрансмиссией;
— большую простоту управления бронетехникой с электродвижением;
— возможность обеспечения достаточным количеством электроэнергии всё возрастающего количества оборудования, сенсоров, перспективных образцов вооружений.

Рассмотрим эти преимущества поподробнее. Основной источник энергии — дизель или газовая турбина, в машинах с электротрансмиссией будут иметь больший ресурс и экономичность за счёт того, что изначально могут быть выбраны оптимальные обороты двигателя, при которых он будет иметь минимальный износ и максимальную топливную эффективность. Повышенные нагрузки при разгоне и энергичном маневрировании будут компенсироваться буферными аккумуляторными батареями.

К примеру, в комплексе с генератором может быть установлена высокооборотная газовая турбина, которая будет работать в режиме «включена/выключена» для подзарядки буферных аккумуляторных батарей, без изменения частоты вращения.

В электротрансмиссии отсутствует необходимость установки громоздких валов и редукторов. Механическая связь в электротрансмиссии имеется только в парах двигатель-электрогенератор и электродвигатель-колесо, но эти блоки могут быть выполнены в виде единого агрегата. Соединение остальных агрегатов осуществляется гибкими кабелями.

В отличие от механических связей, электрические соединения могут быть многократно резервированы. К примеру, на этапе компоновки корпуса могут быть заложены защищённые кабель-каналы, в которых будет размещаться универсальная шина питания и передачи данных, включающая силовые и информационные кабели.

Пространственное разнесение источников энергии, каналов снабжения и коммуникации, а также двигателей и движителей с повышенной вероятностью позволит боевой машине сохранить подвижность и ситуационную осведомлённость при получении повреждений, что обеспечит возможность вывода боевой машины из зоны обстрела и эвакуации с поля боя.

Отказ от гидравлических приводов в пользу электрических также будет способствовать повышению живучести наземных боевых машин как из-за меньшей пожароопасности последних, так и из-за их большей надёжности. Военно-воздушные силы России планируют отказаться от гидравлических приводов на истребителе пятого поколения Су-57 к 2022 году.

Наличие буферных аккумуляторных батарей позволит сохранять подвижность без включения основного двигателя, пусть и на достаточно ограниченном отрезке. Это позволит перспективным боевым машинам реализовать новые тактические сценарии ведения боевых действий из засады, когда в режиме ожидания бронемашина находится в полной боеготовности, при этом её тепловая сигнатура будет сравнима с температурой окружающей среды.

Аккумуляторные батареи также обеспечат возможность движения при отказе основной силовой установки, что позволит бронемашинам самостоятельно покидать поле боя. В ряде случаев для эвакуации боевой машины с электротрансмиссией достаточно будет просто подключить её к внешнему источнику энергии. К примеру, бронированная ремонтно-эвакуационная машина таким способом может одновременно эвакуировать две других бронемашины с частично повреждённой электротрансмиссией, просто перебросив им кабели питания.

Как и в гражданских электромобилях, в бронемашинах с электротрансмиссией может осуществляться рекуперация энергии при торможении.

Наземные боевые машины с электротрансмиссией будут обладать лучшими характеристиками подвижности и управляемости за счёт бесступенчатой передачи мощности на движители, а также гибкого распределения мощности между электродвигателями левого и правого борта. К примеру, во время разворота снижение мощности на электродвигателе отстающего борта будет компенсироваться увеличением мощности электродвигателя забегающего борта.

Одним из важнейших преимуществ электротрансмиссии будет возможность обеспечения электропитанием оборудования и сенсоров, например, радиолокационных станций (РЛС) разведки, наведения и круговой обороны комплекса активной защиты.

В ближайшей перспективе неотъемлемой частью наземных боевых машин станет лазерное оружие, которое сможет во многом нивелировать угрозу со стороны малых беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), противотанковых управляемых ракет и кассетных поражающих элементов с тепловыми и оптическими головками самонаведения.

Электроэнергия может потребоваться и для систем активной маскировки бронетехники в тепловом и оптическом диапазонах длин волн.

Выводы

Создание наземных боевых машин с электродвижением, скорее всего, станет неизбежным по мере совершенствования технологий и повышения требований к энергоснабжению бортового оборудования и вооружений. Существенное влияние на темпы внедрения наземных боевых машин с электродвижением может оказать гражданский рынок электромобилей.

Перспективные наземные боевые машины с электротрансмиссией будут превосходить «классические» образцы по динамичности, проходимости, удобству управления, живучести и защищённости, а также по возможности размещения на них перспективных вооружений и сенсоров с высоким энергопотреблением.

[специалистом по всему] Электрическая трансмиссия в боевой технике..

Вот не пойму почему не применяется в современной технике, например танках. Допустим установлен спереди дизель который приводит в действие трехфазный генератор вырабатывающий перемененный ток. Далее выработанное электричество приводит в действие 2 трехфазных асинхронных двигателя которые через одноступенчатый редуктор приводят в действие каждый свою гусеницу. Управление скоростью вращения двигателей при помощи частотных регуляторов, можно установить парочку аккумуляторов для запуска генератора. Подобную схему немцы использовали в САУ «Фердинант» и шушпанцере «Мышка». Ныне нечто подобное используется в тепловозах. Но вот в тех же танках не используется никак почему непонятно??

Какие плюсы и минусы в этой схеме и в классической (ДВС с коробкой скоростей) где почитать подобную матчасть??

А зачем? KISS в армии очень важен.

• Показать ответы
• Ссылка

Габариты огромные, КПД низкое, надежность низкая.

• Показать ответ
• Ссылка

Кепеде и отсутствие рельс.

спутал теплое с мягким, грубо говоря по твоей ссылке обсуждают электромобиль а я задаю вопрос о гибридной системе

• Показать ответ
• Ссылка

Там такие же аналитики как на лоре :).

1) откуда огромные габариты? 2) где большие потери? 0_o 3) что с надежностью?

• Показать ответы
• Ссылка

предположи, кто из известных тебе пользователей лора мог бы знать инфу 100%? =)

> Но вот в тех же танках не используется никак почему непонятно??

Уже сказали КПД ниже, надёжность снижается на порядок, ремонт в полевых условиях — капец. Палёную обмотку, не перемотаешь, а при требуемой мощности, моторчик будет некислый.

Подобную схему немцы использовали в САУ «Фердинант» и шушпанцере «Мышка».

Сумрачный немецкий гений — специалист по рожанию неведомо-бесполезных вундервафель.

> установлен спереди дизель который приводит в действие трехфазный генератор вырабатывающий перемененный ток. Далее выработанное электричество приводит в действие 2 трехфазных асинхронных двигателя которые через одноступенчатый редуктор приводят в действие каждый свою гусеницу.

зачем это надо? почему нельзя оставить один дизель, который крутит гусеницу?

1) генератор достаточной мощности будет довольно здоровым. 2) КПД генератора + КПД электродвигателей. Вот вам и потери. 3) Защита от дурака хуже. И дурак эту штуку починить вряд ли сможет. А это очень важно.

• Показать ответ
• Ссылка

кстати да, если движок сдохнет, что делать будешь — поедешь на литий-ионной батарейке?

• Показать ответ
• Ссылка

Да, а мотор-колеса выгодно использовать только в карьерных грузовиках. И то, основную часть пути они ездят, получая электроэнергию от магистрали (по троллеям). А генератор используют лишь для небольших маневров непосредственно в карьере.

• Показать ответ
• Ссылка

Никогда не сломается та деталь, которой нет.

а если танку придется забираться вертикально в гору? электрический моторчик выдаст больше и сдохнет позже

• Показать ответы
• Ссылка

электрический моторчик выдаст больше и сдохнет позже

Да чтобы танк сам смог поднять себя вертикально в гору, понадобится такая лебедка и тросище, что подключать этот танк придется к хорошей такой магистрали ЛЭП. А дизель-генератор никогда не выдаст нужной мощности.

• Показать ответ
• Ссылка

если танку придется забираться вертикально в горку, то это уже проблема не двигателя, который сдохнет, а командира, которому придет в голову отправить танк вертикально в горку.

подключаем внешний источник тока и вуаля, хоть водные преграды по дну преодолевай

• Показать ответ
• Ссылка

>частотных регуляторов

Нормальные ключи для таких регуляторов запилили не так давно.

• Показать ответы
• Ссылка

> водные преграды по дну

На электромоторе, нуну.

Да, и ещё раз: никогда не сломается та деталь, которой нет. Попробуй понять эту простую вещь.

Да все равно сомневаюсь, что есть полупроводниковые ключи, выдерживающие достаточный ток и напряжение, чтобы управлять ШИМом танковым двигателем.

• Показать ответ
• Ссылка

>Да все равно сомневаюсь, что есть полупроводниковые ключи, выдерживающие достаточный ток и напряжение, чтобы управлять ШИМом танковым двигателем.

IGBT, для трамваев хватает.

• Показать ответы
• Ссылка

Даже на МЗКТ (такие большие многоосные тягочи) используют не электрический привод, а гидравлический. Говорят, электроника слишком нежна для тяжелых условий.

• Показать ответы
• Ссылка

А там ШИМ? Ну, блочок довольно здоровый получается. А про габариты я уже где-то в начале говорил.

• Показать ответ
• Ссылка

в свое время сталкивался с такими производства сименс

ты маневровый тепловоз видел? А ведь он запилен по такой схеме

• Показать ответ
• Ссылка

>А там ШИМ? Ну, блочок довольно здоровый получается. А про габариты я уже где-то в начале говорил.

ШИМ или частотная модуляция, что конкретно используется, я не знаю.

>Какие плюсы и минусы в этой схеме и в классической (ДВС с коробкой скоростей) где почитать подобную матчасть??

Вы хоть представляете себе какого размера 1000кв генератор и 500кв моторы ? а блоки управления ? а тепло куда отводить в танке ? а если вода попадет ?

плюс электрической трансмиссии в том, что у нее нет сцепления — основного минуса механики при огромных мощностях.

Там генератор синусоиду выдает. А в военное время синус достигает двух и выбивает пробки. Слишком ненадежно во время боя.

Более эффективной передачей стала электрическая, при которой вал дизеля вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращательное движение якоря ТЭД передаётся колёсной паре с помощью осевого редуктора. Редуктор представляет собой соединённые зубчатые колёса, располагающиеся на якоре ТЭД и оси колёсной пары. В случае электропередачи поддерживается гиперболическая тяговая характеристика, когда увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива. Электропередача позволяет соединять несколько секций тепловоза и управлять ими по системе многих единиц из одной кабины. Минусом её является большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования. В случае электропередачи возможно использование электродинамического торможения, суть которого заключается в использовании ТЭД в качестве генераторов, за счёт сопротивления вращению вала якоря которых осуществляющих торможение тепловоза (вырабатываемая электроэнергия гасится в тормозных резисторах). По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, меньше износ тормозных колодок, снижается опасность юза колёсных пар.

Первоначально в тепловозах использовалась передача постоянного тока, однако в дальнейшем (в СССР это был конец 1960-х годов) передачу стали постепенно переводить на переменный ток. Первоначально на переменном токе стал работать генератор, после которого ток всё же выпрямлялся с помощью выпрямительной установки, далее поступая на ТЭД постоянного тока. В СССР первыми серийными тепловозами с передачей переменно-постоянного тока стали грузопассажирский экспортный ТЭ109, пассажирский ТЭП70 и грузовой 2ТЭ116.

Первый в мире тепловоз с асинхронными ТЭД переменного тока был построен компанией Brush Traction, а первым отечественным опытом использования асинхронных ТЭД стал опытный тепловоз ВМЭ1А[1]. Особенностью использования асинхронных ТЭД является необходимость управления частотой питающего их напряжения для получения необходимой характеристики. В 1975 году в СССР на базе тепловоза ТЭ109 был построен опытный тепловоз ТЭ120 с электрической передачей переменного тока, где и генератор, и ТЭД использовали переменный ток. Электрической передачей переменного тока оснащён современный отечественный маневровый тепловоз ТЭМ21.

Использование генераторов и ТЭД переменного тока позволяет увеличить их мощность, а также снизить массу, повысить надёжность эксплуатации и упростить их обслуживание. Использование асинхронных тяговых двигателей, ставшее возможным после появления полупроводниковых тиристоров, значительно снижает возможность боксования тепловоза, что позволяет уменьшить массу локомотива, сохраняя его тяговые свойства. Даже в случае использования промежуточного выпрямительного блока применение генератора переменного тока и асинхронных ТЭД оказывается экономически оправданным. Передачи постоянного тока отличаются сравнительной простотой конструкции и продолжают использоваться на тепловозах мощностью до 2000 л. с.

Электрическая трансмиссия для танка

Таблица 48. Основные характеристики гидромеханических трансмиссий опытных отечественных танков

Входной редуктор

Главный фрикцион

Многодисковый, сухого трения

Материал дисков трения

Сталь по феродо

количество поверхностей трения

Гидропередача

Коробка передач

Механизм поворота

С двойным подводом мощности

материал дисков трения

Остановочные тормоза

Бортовой редуктор

Силовой диапазон трансмиссии*

Объем трансмиссии, м 3

Масса трансмиссии, кг**

Удельная масса, (кг/л.с.)

* Силовой диапазон указан при КПД гидропередачи не ниже 0,85 без ПМП / с использованием ПМП.
** Без учета бортовых редукторов.
*** У авторов нет данных.

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

Электромеханические трансмиссии

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

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

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

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

Неизвестный танк часть 5

Содержание материала

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 свойрадиус 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

Вотличие 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 трансмиссиипри 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 вращае его якорь Это значит, что элек­тромотор становится генератором. Он уже не потребляет ток от основ­ного генератора. Наоборот, сам электромотор М₁отстающей гусеницы подает ток в общую цепь, передающу 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 возрастет на столько, на сколько снизится скорость отстающей гусеницы v₁(рис. 526), при этом средняя скорость достается такой же, какой она была при прямо­линейном движении.

Рис. 526 Скорость танка при повороте с дифференциалом и независимыми меха­низмами

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 v₀должна уменьшиться. Как видно из графика, угловая 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 пово­роте танков с различными меха­низмами поворота.

Рис. 527 Сравнительная оценка механизмов 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 тор­мозную 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 v₀постоянной, 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 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.).

Трансмиссия

Трансми́ссия (силовая передача) — совокупность агрегатов, соединяющих двигатель танка с его движителем (ведущими колёсами), а так же системы обеспечивающие работу агрегатов трансмиссии. Основное назначение трансмиссии заключается в изменении тяговых усилий, скоростей и направления движения танка.

Содержание

• 1 Назначение
• 2 Состав
• 3 Основные требования
• 4 Классификация
• 5 Источники информации

Назначение

Трансмиссия танка предназначена:

• для передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колёсам;
• для изменения скорости движения танка и тяговых усилий на ведущих колёсах в более широком диапазоне, чем это можно сделать изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя;
• для трогания с места, осуществления поворотов, торможения, обеспечения заднего хода и удержания танка в заторможенном состоянии на подъёмах и спусках;
• для отключения двигателя от ведущих колёс при его работе на холостом ходу и во время запуска, а так же при переключении передач.

Состав

В общем случае трансмиссия может включать следующие агрегаты:

Основные требования

К трансмиссиям предъявляются следующие требования:

• обеспечение высоких тяговых качеств и скорости танка при прямолинейном движении и повороте;
• простота и легкость управления, исключающие быструю утомляемость водителя;
• высокая надежность работы в течение длительного периода эксплуатации;
• малые масса и габаритные размеры агрегатов;
• простота (технологичность) в производстве, удобство в обслуживании при эксплуатации и ремонте.

Классификация

По способу передачи и трансформирования момента трансмиссии делятся на механические, гидромеханические и электромеханические.

Механические трансмиссии (простые и планетарные) в коробках передач содержат лишь шестеренчатые и фрикционные устройства. Преимущества их состоят в высоком коэффициенте полезного действия (КПД), компактности и малой массе, надежности в работе, относительной простоте в производстве и эксплуатации. Недостатком механической трансмиссии является ступенчатость изменения передаточных чисел, снижающая использование мощности двигателя, среднюю скорость и поворотливость машины. Большое время на переключение передач усложняет управление машиной.

Жесткая кинематическая связь двигателя с ведущими колесами повышает динамическую нагруженность двигателя и трансмиссии, снижает надежность и долговечность агрегатов.

Применение механических транисмиссий характерно для советского танкостоения (простые механические — Т-55, Т-62; планетарные с гидросервоуправлением — Т-64, Т-72, Т-80).

Гидромеханические трансмиссии имеют гидромеханическую коробку передач, в состав которой входят гидродинамический преобразователь момента (гидротрансформатор, комплексная гидропередача) и механический редуктор. Преимущества этих трансмиссий состоят в автоматическом изменении крутящего момента в зависимости от внешних сопротивлений, возможности автоматизации переключения передач и облегчении управления, фильтрации крутильных колебаний и снижении пиковых нагрузок, действующих на агрегаты трансмиссии и двигатель, и в повышении вследствие этого надежности и долговечности поршневого двигателя и трансмиссии.

Основным недостатком этих трансмиссий является сравнительно низкий КПД из-за низкого КПД гидропередачи, что снижает запас хода танка. При КПД гидропередачи не ниже 0,8 диапазон изменения момента не более трех, что вынуждает иметь механический редуктор на три-пять передач, считая передачу заднего хода. Необходимо иметь специальную систему охлаждения и подпитки гидроагрегата, что увеличивает габариты МТО. Без специальных автологов или фрикционов не обеспечиваются торможение танка двигателем и пуск его с буксира.

Гидромеханические трансмиссии получили широкое распространение в западном танкостроении — М1 «Абрамс» (США), «Леопард-2» (ФРГ). В трансмиссиях этих танков использованы не только гидродинамические передачи в основном приводе, но и гидростатические (гидрообъемные) передачи в дополнительном приводе для осуществления поворота.

Электромеханические трансмиссии имеют электрические генераторы и тяговые электродвигатели и обеспечивают автоматическое изменение крутящего момента в соответствии с изменением сопротивления движению. Такие трансмиссии применялись на ЭКВ (СССР) и немецких машинах «Фердинанд» и «Мышонок». Отсутствие жесткой кинематической связи между агрегатами электротрансмиссии расширяет возможности создания различных компоновочных схем. Крутящий момент сериесных электродвигателей изменяется обратно пропорционально частоте вращения, сохраняя почти постоянную мощность. Это свойство электротрансмиссий упрощает управление танком и повышает среднюю скорость за счет более полного использования мощности двигателя.

Применению электротрансмиссий препятствовали сравнительно большие габариты и масса электрических машин. Однако успехи электротехнической промышленности открывают возможности создания малогабаритных электрических машин. Это делает перспективным применение на танках и особенно на военных гусеничных машинах, несущих энергоемкое оборудование, электромеханических трансмиссий.