德國當年差點賣給中國的好武器,一舉扭轉中蘇對抗的被動局面
動力系統出自名門
坦克底盤主要由動力、傳動、行走、操縱等幾個主要部分組成。德國坦克底盤設計一直被譽為行業內高水平的代表,二戰結束以後,「虎」式坦克複雜的底盤設計理念被摒棄,可靠性第一的設計理念成為主流觀點。在這樣的大背景下,戰後的「豹」1坦克底盤的設計變得簡單實用,其中,全新研製的MB830系列發動機是「豹」1坦克底盤能夠作為眾多車輛載具的可靠保障。MB830發動機是由著名的戴姆. 勒賓士公司研製的四衝程水冷發動機,氣缸採用90度V型夾角,缸徑165毫米,這個尺寸得到後來一些坦克強國的共識。要特別說明的是,這款發動機的燃料不僅僅局限於柴油,也可以使用汽油。MB830發動機的研製時間歷時12年之久,截止到1962年,已經發展為包含多種型號的發動機系列。其中,作為基礎型號的MB830發動機為6缸機,MB837為8缸機,MB838為10缸機,另有非增壓、機械增壓、廢氣渦輪增壓等共計7種型號。而「豹」1坦克選用的正是MB830發動機家族的MB838CaN-500型機械增壓柴油機。
作為這樣一個名門望族當中的一員,「豹」1坦克裝備的MB838CaN-500型機械增壓柴油機的誕生,源於德國對於戰爭經驗的總結。在二戰當中,德國坦克和裝甲車輛很多採用汽油作為主要燃料,功率尤嫌不足,於是就有了各種改進型發動機,結果不僅動力沒有提升多少,反而由於型號太多,給維修和保障也帶來了很大困難。看慣了太多「虎」式坦克因發動機故障趴窩,德國陸軍終於認識到強大的火力要與良好的機動性相結合,並且要具備較高的可靠性。在戰後的坦克發動機研製中,逐步形成了德國坦克發動機獨有的幾個特點,為了增強安全性和降低後勤保障難度,坦克和裝甲車輛一律採用柴油發動機;在研製新亟需的新型柴油機的同時,注重更大功率柴油機的技術儲備和預研;依靠新技術,在不增加發動機重量的前提下提高發動機功率和扭矩;在增加發動機功率和扭矩的同時,盡量使發動機布局更為緊湊,提高單位體積功率;研製一款新型發動機,保持工藝連貫性和繼承性,用途上要盡量廣泛,尤其注重系列機型的研發。這幾條指導思想在今天看來是對坦克發動機設計研發的基本要求,但在20世紀50年代,德國坦克工業的科研人員們就已經有了這樣的認識,並在這一指導思想下研製出MB830和MB837兩大系列發動機,分別安裝在「豹」1坦克與「豹」2坦克上。至於這兩大系列發動機究竟有多牛,一說它們後來的命運,你就明白了。德國的坦克發動機從時間上劃分,以1976年8月作為節點,MB840-Ka-500柴油機與此前的柴油機屬於MB830系列;如果按照車型劃分,MBT-70坦克和「豹」2坦克樣車選用的MB873Ka-500發動機以及裝備於「豹」2坦克的MB873Ka-501柴油機屬於MB837系列。
MBT-70主戰坦克雖然下馬,但很多技術對西方世界的坦克工業產生了深遠影響
1965年底,美德聯合研製的MBT-70主戰坦克開始選擇動力方案。MBT-70主戰坦克從技術傳承來講,是M1系列坦克和「豹」2坦克的前身,它代表著西方世界坦克工業的最高水平,所以作為這款車的動力,與AVCR1100方案同台競爭的是MB830發動機家族的佼佼者——MB840-Ka-500柴油機的改進型,該型機採用V型12缸布局、渦輪增壓技術,原型機的最大功率達到1088千瓦,雖然這款發動機在後來沒有上裝備,但畢竟在20世紀60年代,剛剛從戰爭陰影里走出來的德國就已經研製出了1000千瓦以上的坦克發動機,領先於世界水平。德國設計師將MB840-Ka-500柴油機的汽缸行程進行縮短,經過幾輪測試,終於在1967年8月將發動機功率提高到1103千瓦,這款功率更大的發動機被命名為MB873Ka-500,在「豹」2坦克樣車的試驗階段,這款發動機仍然暴露出扭矩不足,影響了坦克加速性。德國設計人員把這歸結於設計上的問題,又將發動機汽缸行程恢復到MB840-Ka-500柴油機的水平,並將缸徑擴大,新研製的發動機被命名為MB873Ka-501,於1977年正式確定為「豹」2坦克的動力方案。
模塊化的整體傳動裝置
德國「豹」1坦克採用4HP-250液力機械式整體轉動箱,使坦克動力艙明確分為了發動機、傳動箱、停車制動器和側減速器這四個主要部分,在4HP -250傳動裝置中,液力變矩器是三元件單級帶閉鎖離合器的綜合式液力變矩器,它布置在主軸上,從有效直徑(430mm)和循環圓尺寸來看,它與美國M -48和M -60A坦克上的液力變矩器幾乎一樣,與美國的液力變矩器的區別,僅僅是提高了泵輪力矩係數值,主要原理是通過增大工作輪出口處的流通截面面積,通過改變葉片的數量、厚度和傾斜角度等實現的(在泵輪中,以32個葉片取代了原21個葉片,在渦輪中以28個葉片取代了原23個葉片,在導輪中以16個葉片取代了原31個葉片),並且泵輪的葉片製成了最大可能的半徑。
當改進液力變矩器時,顯示出了眾所周知的規律性,即通常提高能容量會降低效率。1,液力變矩器的最大效率等於80.7%,這比阿里森公司1948年的類似液力變矩器產品的效率低4.3%。
美國XM803試驗車
「豹-1 」坦克的4HP -250 傳動裝置液力變矩器結構具有以下特點:
第一個特點是,在閉鎖離合器結合機構中有排空閥門。由於執行離合器結合的液壓系統中的相對壓力低(1.078MPa),所以活塞(它同時也是壓板)的表面面積(保證向摩擦元件上提供壓力)相當大。當液力變矩器從閉鎖狀態解鎖時,在活塞後的空間內,液壓油壓力在離心力的作用下會增大,這在坦克原地起步或換擋時會導致不希望看到的、可能也是災難性的閉鎖離合器結合,此時液力變矩器中滑轉十分嚴重。活塞後空間的排空閥門以下列方式工作:由供油油道沿環形槽來的液壓油,在壓力作用下供向柱塞,並將柱塞向旋轉軸方向擠開,使泄油孔關閉。於是液壓油通過已打開的孔4向活塞後的空間供油,離合器結合。當泄掉壓力後,柱塞在彈簧和離心力的作用下回到原始位置,泄油孔打開,離合器鬆開,全部活塞後空間直至孔4 的上邊緣均無液壓油存在。
第二個特點是,為布置液力變矩器各輪的支承,使用了5個滾珠軸承取代原來的4個,這在無明顯增大尺寸的情況下似乎是可行的,因為使用的軸承是窄系列的。對於軸承的軸向固定來說,第五軸承能避免使用一系列零件,所以整體來說簡化了液力變矩器的結構。
德國是最早掌握坦克柴油機整體更換技術的國家,發動機模塊更換時間為20分鐘
4HP -250 傳動裝置的倒順機構是行星排式的,並帶階梯式行星齒輪。它布置在液力變矩器和行星變速機構之間的主軸上。倒順機構的行星排安裝在液力變矩器的渦輪軸上,而閉鎖離合器安裝在行星變速機構的輸入軸上。通過結合離合器將行星排的太陽齒輪和齒圈閉鎖來實現前進擋行駛
當行星變速機構處於空擋狀態時,「豹-1」坦克可以圍繞其中心轉向。轉向機構位於液力機械傳動裝置的共同箱體上部,此共同箱體有一可拆卸的上蓋。轉向機構的零軸和主軸均製成可拆卸的。軸的左邊和右邊第一部分之間均用一根扭轉連接軸連接,而軸的第二部分通過連接管連接。
轉向驅動機構的離合器各摩擦片之間的總間隙不超過2毫米,總間隙可導致摩擦片間的功率損失明顯增多,但是,轉向驅動機構結構特點及其工作方式能局部地減少損失(通過將離合器各軸的位置布置在潤滑油量少的傳動裝置箱體的上部,以及在直線行駛時保持各離合器結合)。
停車制動器,與側減速器一起以一個獨立部件的形式安裝到車體的兩側,採用乾式摩擦片,而操控系統採用有伺服系統的高壓液壓控制系統。停車制動器的摩擦片安裝在側減速器的輸入軸上。在停車制動器的箱體內,摩擦片的兩面各有4個汽車型的制動油缸,油缸的柱塞貼靠到平面形的弓形制動塊上(每個制動塊有兩個柱塞)。因此,每個摩擦片沿直徑有兩對制動塊壓向兩個位置。制動油缸具有自動調整間隙和自動排放空氣的裝置。
先進的機電液駕駛操縱系統
「豹」1坦克上裝備了機電液駕駛操縱系統、自動控制液力機械傳動裝置的電氣系統和用於操縱停車制動器的高壓液壓系統。「豹」1坦克也可安裝由車長操縱行駛的超越式操縱系統。
駕駛員的右腳下,布置了控制發動機的油門踏板。聯動機構的一個元件上安裝了電位移感測器,此感測器的信號進入液力機械式傳動裝置的自動控制電控系統。當鬆開油門踏板時,調速器保證發動機曲軸轉速約為850r/min。若使發動機停機,可以按下儀錶盤上的按鈕,該按鈕與隔斷供油的電磁開關相連。在發動機油門踏板的一旁,布置著寬大的停車制動器操縱踏板,駕駛員可用另一隻腳作用於此踏板上,踏板以靜液驅動裝置與獨立的高壓系統(15MPa)相連接。
駕駛員座椅的左右兩側,布置著分開式手動操縱停車制動器的兩個操縱桿。這兩根操縱桿在緊急情況下使用(當工柞聯動機構故障時),也在山地和在用軟連接器牽引時使用。操縱轉向的方向盤,裝有彈性的零位定位器和止動器,該止動器將方向盤固定在直線行駛位置上。方向盤可向兩邊各轉動22.5度,並以剛性聯動機構與操縱轉向機的閥組連接。
駕駛員的右邊布置著液力機械式傳動裝置的操縱部件,部件包括有除感測器和執行電磁鐵之外的全部電路元件。感測器和執行電磁鐵與上述部件由電纜線連接。操縱部件中有兩根操縱手柄,分別操縱變速箱和操縱倒車機構。
操縱變速箱的手柄有4個位置:
第一位置——接通1擋,液力變矩器解鎖;
第二位置——接通Ⅱ擋,液力變矩器自動閉鎖和解鎖;
第三位置——接通自動換擋系統,從Ⅱ擋到Ⅲ擋自動轉換和反向擋位轉換;液力變矩器自動閉鎖和解鎖;
第四位置——接通自動換擋系統,從Ⅱ擋到Ⅲ擋,從Ⅲ擋到Ⅳ擋自動換擋和反向轉換排擋;在Ⅱ擋液力變矩器自動閉鎖和解鎖,在Ⅲ擋和Ⅳ擋液力變矩器閉鎖。當轉換時液力變矩器解鎖。操縱手柄向高擋一邊可無障礙地移動,向低擋一邊移動僅在發動機曲軸轉速不超過1500r/min才可能實現。
操縱手柄有4個位置。
W一接通前進擋;
R一接通倒擋;如果操縱變速箱手柄處於第.一、第三或第四位置一接通Ⅱ擋,並且液力變矩器處於經常閉鎖的狀態;
N一所有前進擋和倒擋均切斷,起動發動機的起動電機電路閉合;
V一坦克原地轉向(倒擋切斷,I和Ⅳ擋同時接通不取決於變速箱操縱手柄的位置)。
倒車機構操縱手柄位置的轉換,僅在發動機曲軸轉速不大於1500r/min才有可能,在操縱部件上安裝了操縱油道油壓顯示燈。
控制坦克行駛的多功能電子系統保證:在手動工況和自動控制工況下換擋;原地轉向;液力變矩器閉鎖和解鎖;在換擋和倒車工況液力變矩器解鎖;防止不適時的換擋和倒車,以避免發動機傳動裝置出現緊急狀況;當操縱機構的位置不符合時,禁止起動發動機;根據車長的指揮,起動發動機和使發動機熄火;將液力機械傳動裝置和停車制動器液壓系統的狀況,所接通的排擋、傳動裝置的熱狀況通報給駕駛員;車長超越式操縱系統的原地起步功能。
從後來的發展當中看,「豹」1坦克的底盤是成功的。它不僅使用了當時先進的零部件,而且採用了一定的模塊化設計思路。西方坦克搞模塊化是「技術取勝」思路的一種體現,通過模塊化設計,讓武器裝備「積木化」,當一個零部件落後時,新研製的零部件可以替換。俄羅斯坦克的設計思路與之正好相反,各種零部件交織在一起,每一個零部件性能一般,但綜合運用起來效果很好,一旦有某個分系統取得技術上的大突破,整個車體的設計就要跟著一起改。西方模塊化思路設計出來的兵器整體性就差一些,完全依靠技術堆砌。無論技術取勝的模塊化思路,還是系統取勝的整體化思路,各有各的優缺點,搞兵器研發不能一刀切,需要具體問題具體分析,究竟採用哪種設計思路,是由該兵器的用途、設計壽命、工業基礎決定的。工業基礎強、有技術儲備,就搞整體化,一步到位;工業基礎弱一些,就搞模塊化,為將來升級留出空間。所以,從德國「豹」1坦克底盤的設計中,我們可以體會到西方國家坦克工業模塊化剛剛起步時的狀態,而這一切都是在第一代坦克向第二代坦克過渡的階段完成的,體現出德國坦克工業在國際上的領先水平以及設計師的前瞻性。
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