某型號(hào)坦克變速箱自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)

魏樹禮

摘要：針對(duì)退役某型號(hào)坦克，舊裝備回收利用困難的問題，為下一步研究退役裝備問題做導(dǎo)向，對(duì)某型號(hào)坦克操縱裝置改造為自動(dòng)化換擋機(jī)構(gòu)，主要研究方向?yàn)樽兯傧鋼Q擋裝置的改造。

Abstract： In view of the difficulties in the recovery and utilization of the old equipment in the decommissioning of a certain type of tank， the control device of a certain type of tank is transformed into an automatic gear shifting mechanism， and the main research direction is the transformation of the gearbox gear shifting device.

關(guān)鍵詞：裝備;變速箱;自動(dòng)化;改造

Key words： equipment;transmission;automation;transform

中圖分類號(hào)：E923.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0019-02

1? 某型號(hào)坦克變速箱操縱裝置構(gòu)造特點(diǎn)及工作原理

采用定軸式變速箱的某型號(hào)坦克，其操縱裝置中的變速控制器位于駕駛艙內(nèi)，主要組成部分如下：①變速桿：變速桿的中部支撐在支承臂上，上端有球形握把和閉鎖器握把，下端與連接軸相連。當(dāng)變速桿沿?fù)跗瑑?nèi)的橫槽移動(dòng)時(shí)，連接軸可軸向移動(dòng);連接軸沿縱槽移動(dòng)時(shí)可旋轉(zhuǎn)。②擋位板：固定在套管右端的結(jié)合盤上擋位板上有縱、橫格槽，縱格槽的前、后端，標(biāo)有擋位記號(hào)。③支承臂：裝在套管的右端，其上有環(huán)槽，擋位板卡入槽中。支撐臂只能在套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)，但不可以做軸向移動(dòng)。④套管：固定在車底裝甲板上，其上有兩個(gè)注油口及螺塞。⑤連接軸：裝在套管內(nèi)，一端與變速桿相連，另一端焊有撥桿，以撥動(dòng)傳動(dòng)桿。⑥傳動(dòng)桿盒：固定在套管左端的結(jié)合盤上。傳動(dòng)桿盒內(nèi)裝有傳動(dòng)桿、閉鎖器和限制器。左邊的為四、五擋，右邊的為二、三擋，通孔用來(lái)安裝限制銷。各傳動(dòng)桿的前端均有缺口，換擋時(shí)撥桿的一端進(jìn)入缺口內(nèi)，后端與傳動(dòng)桿相連，中部有三個(gè)閉鎖彈子的梯形槽。

空心調(diào)整螺栓位于傳動(dòng)桿盒的右側(cè)，鋼絲繩從其中穿過?？招恼{(diào)整螺栓作為鋼絲繩外套一端的支座，因此，擰入或擰出空心調(diào)整螺栓時(shí)，改變鋼絲繩外套的彎度，以調(diào)整鋼絲繩的工作長(zhǎng)度閉鎖器起閉鎖作用，以防自動(dòng)掛檔和退檔。

閉鎖銷、閉鎖彈簧和閉鎖彈子各有三個(gè)，分裝在傳動(dòng)桿盒的三個(gè)垂直孔中。

上述鎖緊槽設(shè)置在傳動(dòng)桿盒后部的孔內(nèi)，軸的內(nèi)端設(shè)有弧形槽，螺紋固定在箱體上的限位螺栓伸入該限位槽內(nèi)，以防止軸向移動(dòng)，并限制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。軸的中部有三個(gè)閉鎖孔，當(dāng)孔與閉鎖銷錯(cuò)開時(shí)，閉鎖銷就被頂住而不能下移，閉鎖彈子將傳動(dòng)桿卡住，此處為閉鎖。

2? 改裝過程中的原則及問題

2.1 改裝原則

①不改變?cè)鹊鸟{駛員駕駛位置——不得影響駕駛員在手動(dòng)檔位下進(jìn)行操縱桿的操縱和周圍環(huán)境的觀瞄。②不改變?cè)嚮緲?gòu)造——緊扣發(fā)展性、經(jīng)濟(jì)性原則，盡量用最小的改裝條件完成既定的改裝任務(wù)。③改造后手動(dòng)、自動(dòng)操縱互不影響——實(shí)戰(zhàn)條件下一旦自動(dòng)化操縱裝置出現(xiàn)故障，要及時(shí)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操縱，不得影響既定條件下的作戰(zhàn)任務(wù)。④普遍性、發(fā)展性原則——改造試驗(yàn)過程應(yīng)當(dāng)適用于大部分即將退役或部隊(duì)現(xiàn)役裝甲車輛。以便于充分的利用此次改造試驗(yàn)成果，確實(shí)提升退役舊裝備的現(xiàn)代化作戰(zhàn)水平。

2.2 現(xiàn)有問題

2.2.1 空間狹小

在不影響駕駛員駕駛的前提下改裝空間非常小，只有330mm*150mm*130mm（長(zhǎng)*寬*高），其中三根傳動(dòng)軸直徑是25mm，各個(gè)傳動(dòng)軸之間間隙是 5mm，留給可改造的空間十分小，改裝過程十分困難。

2.2.2 技術(shù)水平

在盡可能縮小液壓缸體積的前提下設(shè)計(jì)的液壓缸助力操縱裝置是否能承受住換擋所需拉應(yīng)力，花鍵加工精度能否滿足各機(jī)構(gòu)之間的配合。

2.2.3 液壓助力裝置的選取

液壓裝置設(shè)計(jì)三個(gè)完成既定任務(wù)最簡(jiǎn)便，也最容易實(shí)現(xiàn)三根傳動(dòng)軸的位移，且不容易相互影響。但是受到空間的限制，若安裝三個(gè)液壓裝置，所需空間過大會(huì)使得駕駛椅無(wú)法正常打開及升降座，駕駛員的工作會(huì)受到影響。

2.2.4 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

要用一個(gè)機(jī)構(gòu)操縱三根傳動(dòng)軸，在考慮拉力的前提下，在工作過程中不能影響其余兩根傳動(dòng)軸，不能同時(shí)換上兩個(gè)檔，并且液壓件要保證密封不能漏油，這使得設(shè)計(jì)和加工的難度加大。

3? 設(shè)計(jì)過程

3.1 變速箱操縱裝置改裝方案

3.1.1 閉鎖器的改裝

閉鎖器的作用是通過與變速桿上握把上連接鋼絲的拉緊與放松，控制閉鎖器軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各傳動(dòng)桿移動(dòng)的開鎖和閉鎖。改裝時(shí)在閉鎖器軸右端加裝步一個(gè)進(jìn)電機(jī)，電機(jī)的外殼固定在閉鎖軸蓋上，電機(jī)軸連接在閉鎖軸上。

通過控制線與電控單元相連，電機(jī)接收控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)或停止，帶動(dòng)閉鎖軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閉鎖器的開鎖和閉鎖。在原閉鎖軸限制螺栓處加裝行程開關(guān)（兼起限制作用），為控制步進(jìn)電機(jī)提供信號(hào)。

3.1.2 傳動(dòng)桿的改裝

傳動(dòng)桿改裝基本原理是在傳動(dòng)桿下方加裝液壓閥和小電機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。具體做法是在三根傳動(dòng)桿合適位置焊接擋板，在下方液壓閥活塞桿上焊接相應(yīng)擋板，在活塞桿上合適位置加工合適長(zhǎng)度的花鍵，通過一個(gè)小電機(jī)的輸出軸齒輪與花鍵配合使活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)所需控制傳動(dòng)桿的選擇，而后，通過液壓裝置控制液壓閥活塞桿縱向位移，經(jīng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)使活塞桿擋板與所選縱拉桿擋板配合，帶動(dòng)傳動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)檔位的選擇。

人工駕駛時(shí)，通過控制小電機(jī)輸出軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使活塞桿隨之轉(zhuǎn)動(dòng)至其擋板不影響傳動(dòng)桿正?？v向位移的位置，實(shí)現(xiàn)不影響人工駕駛的要求。

3.2 液壓裝置及其選擇

變速箱操縱裝置工作時(shí)承受拉力和壓力，力大小不超過250N，行程不超過120mm;換算到傳動(dòng)桿上，受力大小不超過1000N，行程不超過30mm?；钊麠U應(yīng)能停于三個(gè)位置：最前、中間和最后。

由于液壓閥要控制三根傳動(dòng)桿，而允許安裝空間較小，寬度不超過150mm，高度不超過130mm，長(zhǎng)度不超過340mm，為此采用一個(gè)液壓閥，所選液壓閥直徑D=40mm，額定壓力P=50MPa。

3.3 建模設(shè)計(jì)過程

3.3.1 功能分析

該裝置主要實(shí)現(xiàn)功能是通過控制線與電控單元相連，電機(jī)接收控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)或停止，帶動(dòng)閉鎖軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閉鎖器的開鎖和閉鎖。然后液壓閥活塞的徑向運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)變速箱的傳動(dòng)桿做徑向運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)變速箱的換擋。電機(jī)齒輪與花鍵嚙合，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)齒輪位置選擇達(dá)到換擋的功能。

①掛擋時(shí)。通過控制線與電控單元相連，電機(jī)接收控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)或停止，帶動(dòng)閉鎖軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閉鎖器的開鎖：

掛倒擋時(shí)：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至中間傳動(dòng)桿位置，液壓缸控制活塞桿向外推出，活塞桿擋板與傳動(dòng)桿上擋板配合帶傳動(dòng)桿徑向移動(dòng)掛擋。

掛一檔時(shí)：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至中間傳動(dòng)桿位置，活塞向缸內(nèi)移動(dòng)，活塞桿上的擋板帶動(dòng)傳動(dòng)桿徑向移動(dòng)，掛上一檔。

掛二擋時(shí)：電機(jī)通過花鍵與活塞桿嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至左側(cè)傳動(dòng)桿擋板處，液壓缸控制活塞桿向外推出掛上二擋。

掛三擋時(shí)：電機(jī)通過花鍵與活塞桿嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至左側(cè)傳動(dòng)桿擋板處，液壓閥控制活塞桿向缸內(nèi)移動(dòng)則掛上三擋。

掛四擋時(shí)：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)使擋板轉(zhuǎn)至右側(cè)傳動(dòng)桿桿位置，活塞桿向外推出則掛上四擋。

掛五檔時(shí)：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)使擋板轉(zhuǎn)至右側(cè)傳動(dòng)桿位置，活塞桿向內(nèi)移動(dòng)掛上五擋。

一檔換二檔時(shí)：液壓閥活塞通過擋板與中間傳動(dòng)桿結(jié)合推動(dòng)傳動(dòng)桿向前移動(dòng)，此時(shí)恢復(fù)空擋，然后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿至左側(cè)傳動(dòng)桿，活塞向缸內(nèi)移動(dòng)，帶動(dòng)左側(cè)傳動(dòng)桿向后移動(dòng)，掛上二檔。

②手動(dòng)操縱時(shí)。手動(dòng)操縱時(shí)：人工駕駛時(shí)，手動(dòng)驅(qū)動(dòng)通過抓地器帶動(dòng)鋼絲繩，帶動(dòng)鎖緊軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電機(jī)軸隨動(dòng)，不起作用。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將活塞桿擋板轉(zhuǎn)至左側(cè)傳動(dòng)桿不與傳動(dòng)桿擋板接觸，此時(shí)可以手動(dòng)操縱傳動(dòng)桿進(jìn)行換擋。

3.3.2 尺寸設(shè)計(jì)和材料選擇

①液壓缸選擇。變速裝置工作時(shí)既受拉力，又受壓力，力大小不超過250N，行程不超過120mm;換算到傳動(dòng)桿上，受力大小不超過1000N，行程不超過30mm。活塞桿應(yīng)能停于三個(gè)位置：最前、中間和最后。人工駕駛時(shí)活塞桿擋板與傳動(dòng)桿不接觸，避免活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)減少漏油。切換為無(wú)人駕駛狀態(tài)時(shí)應(yīng)處于空檔位置，此時(shí)活塞桿均位于中間位置。由于變速操縱油缸要控制三根傳動(dòng)桿，而允許安裝空間較小，寬度方向不超過150mm，高度方向不超過130mm，長(zhǎng)度方向不超過340mm，傳動(dòng)桿只能做徑向運(yùn)動(dòng)，因此我們選用一個(gè)活塞式液壓閥。

②活塞桿選擇。因?yàn)榛钊麠U為主要受力部件因此需要保證桿的強(qiáng)度合適，不能發(fā)生彎曲變形，而且與油液缸體接觸，需要耐磨耐腐蝕?；钊穸萀2=30mm，活塞桿光滑部分長(zhǎng)度L3=95mm，帶有花鍵部分長(zhǎng)度L4=70mm，前端焊接擋板部分長(zhǎng)度15mm。

③擋板選擇。擋板是連接活塞桿與傳動(dòng)桿的關(guān)鍵，因?yàn)樾枰獙?shí)現(xiàn)推動(dòng)傳動(dòng)桿反復(fù)進(jìn)行徑向移動(dòng)，所以擋板必須要能夠承受推動(dòng)傳動(dòng)桿的力，而且不能發(fā)生彎曲變形，不能折斷，耐磨性好?；钊麠U上擋板厚度H1=10mm高度h1=40mm，左側(cè)傳動(dòng)桿擋板高度h2=30mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，擋板位置向中間傳動(dòng)桿方向旋轉(zhuǎn)20°，中間傳動(dòng)桿擋板高度h2=18mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，右側(cè)傳動(dòng)桿擋板高度h2=30mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，擋板位置向中間傳動(dòng)桿方向旋轉(zhuǎn)20°。

4? 變速箱操縱裝置改造設(shè)計(jì)說明

本改造保持某型號(hào)坦克變速箱操縱裝置整體、動(dòng)力、傳動(dòng)裝置基本結(jié)構(gòu)狀態(tài)，充分利用原車部、組件，最大限度減少對(duì)原車結(jié)構(gòu)的改動(dòng)量，降低改裝施工難度，減少器材，場(chǎng)地和人力消耗。在駕駛艙內(nèi)布設(shè)電機(jī)組、嵌入式液壓油缸、液壓動(dòng)力單元等。

安裝位置：在不影響駕駛員駕駛的前提下改裝空間非常小，只有330mm*150mm*130mm（長(zhǎng)*寬*高），其中三根傳動(dòng)軸直徑是25mm，各個(gè)傳動(dòng)軸之間間隙是5mm，若安裝在上面，則影響轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)操縱桿，左側(cè)為坦克邊緣裝甲，右側(cè)為駕駛椅，液壓閥助力裝置安裝在傳動(dòng)軸下面較為合理。

部件選?。河捎谧兯俨倏v油缸要控制三根變速縱拉桿，而允許安裝空間較小，寬度方向不超過150mm，高度方向不超過130mm，長(zhǎng)度方向不超過340mm，為此采用一個(gè)液壓缸。選取電機(jī)型號(hào)尺寸時(shí)應(yīng)充分結(jié)合其所在位置的空間大小盡量選取小的尺寸。

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