履帶式自行舟橋設(shè)計(jì)研究

廖成棟 王永勤 吳爽 周中鋒 黃錦鋒

摘? 要：舟橋是用以架設(shè)浮橋和建筑門橋的成套制式渡河器材，具有陸上機(jī)動速度快、架設(shè)和撤收快、不需永久占用場地、受江河水深和河幅影響較小等特點(diǎn)而在軍事以及民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。文章著眼于解決國內(nèi)對舟橋車輛技術(shù)提升的迫切需要，通過部隊(duì)調(diào)研和查閱相關(guān)資料，重點(diǎn)對舟橋的總體設(shè)計(jì)和車身設(shè)計(jì)展開深入研究，確定了舟橋的技術(shù)方案并開展了相關(guān)設(shè)計(jì)工作，最終成功研制出一款具有水陸兩棲功能的履帶式自行舟橋，為新一代國產(chǎn)應(yīng)急工程裝備平臺的建設(shè)提供了技術(shù)性支撐。

關(guān)鍵詞：履帶式自行舟橋;總體設(shè)計(jì);車身設(shè)計(jì);水陸兩棲功能;國產(chǎn)應(yīng)急工程裝備;技術(shù)性支撐

中圖分類號：TJ812+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0084-05

Abstract： The crawler tank bridge-laying vehicle belongs to standard complete sets of river-crossing equipment which is used to lay the floating bridge and construction gantry bridge， featuring onshore fast maneuvering speed， fast laying and retracting capabilities， no permanent site occupation and fewer effects from river depth and span. It has ever been widely applied to the military and civil field. This paper is intended to solve China's urgent need for technical improvement of crawler tank bridge-laying vehicle by researches on pontoon bridge equipment working principle， focusing on the overall design and body design to carry out in-depth research， determine the technical scheme of the vehicle， and carry out the relevant design work. Finally， the equipment which has amphibious function had been produced， thereby can provide technical supports for the development of China's emergency equipment.

Keywords： self-propelled crawler tank bridge-laying vehicle; overall design; body design; amphibious function; China's emergency equipment; technical supports

引言

隨著當(dāng)代科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和新軍事變革的發(fā)展，軍、民用技術(shù)呈現(xiàn)出雙向轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散的趨勢，融合度越來越高。大力推進(jìn)軍民融合、寓軍于民的裝備科研生產(chǎn)體系建設(shè)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)國防建設(shè)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)，已經(jīng)成為我國重要戰(zhàn)略決策。

舟橋作為一種特殊的渡河器材，憑借其架設(shè)速度快、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、受限小等優(yōu)點(diǎn)而在軍事及民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并逐漸成為國產(chǎn)應(yīng)急裝備的一個重要范疇。江麓機(jī)電集團(tuán)有限公司通過部隊(duì)調(diào)研和文獻(xiàn)資料查閱，憑借自身在水陸兩棲車輛領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)并研制了一款具有水陸兩棲功能的履帶式自行舟橋，該車輛滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)，且順利通過陸上及水上性能測試，為我國軍民融合發(fā)展事業(yè)作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

1 設(shè)計(jì)思路

履帶式自行舟橋車采用箱式浮體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。整車通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)左右側(cè)舟（箱式浮體）折疊和展開;底盤具備兩棲功能，陸上采用履帶行走，水上采用噴水推進(jìn)器驅(qū)動;車體采用桁架結(jié)構(gòu)，用高強(qiáng)度鋼材作為主材;動力系統(tǒng)采用渦輪增壓柴油發(fā)動機(jī);傳動系統(tǒng)采用液力機(jī)械變速箱，手動電液換擋。

2 總體設(shè)計(jì)

車輛主要外形尺寸如表1所示。

由于車輛具備兩棲功能，陸上采用履帶行走，水上采用噴水推進(jìn)器驅(qū)動;因此，采用了傳動箱前置、發(fā)動機(jī)中置、水上推進(jìn)裝置后置的總體布局，從前到后依次為：駕駛室、前艙（傳動艙室）、動力艙室（發(fā)動機(jī)艙室）、后艙（水上推進(jìn)及燃油艙室）。為了方便車輛在陸上側(cè)舟收起狀態(tài)和水上側(cè)舟展開狀態(tài)下進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，在底盤頂甲板和兩側(cè)甲板上設(shè)置了多個檢查艙門，如圖2所示。

車輛由一臺V12的柴油發(fā)動機(jī)提供動力，傳動箱根據(jù)工況將動力按功率需求分配給陸上推進(jìn)系統(tǒng)、水上推進(jìn)系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等，具體如圖3所示。

車輛分為啟動工況、陸上工況、水陸工況、水上工況四種工況模式。當(dāng)車輛處于啟動工況時，傳動箱僅將動力傳遞給冷卻系和液壓系（此時，冷卻系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)處于低負(fù)載工況，當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，根據(jù)需要加載）;當(dāng)工況為陸上工況時，傳動箱將動力傳遞給變速箱、冷卻系和液壓系，變速箱將動力傳遞給側(cè)減速箱→主動輪→履帶，實(shí)現(xiàn)陸上行走;當(dāng)工況為水陸工況時，傳動箱將動力同時傳遞給陸上行走和水上推進(jìn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水陸雙驅(qū)動;當(dāng)工況為水上工況時，傳動箱將動力傳遞給噴水推進(jìn)器、冷卻系和液壓系，由噴水推進(jìn)器實(shí)現(xiàn)水上推進(jìn)。

3 車身設(shè)計(jì)

3.1 車體選材

履帶式自行舟橋采用桁架式薄殼結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)選用牌號S700MC冷成型用高屈服強(qiáng)度連軋鋼板（屈服強(qiáng)度ReH≥700MPa，抗拉強(qiáng)度Rm≥750MPa，沖擊吸收功AKV/J（-40°）≥27，延伸率≥15）來保證剛強(qiáng)度以及實(shí)現(xiàn)輕量化，同時S700MC材料是履帶式自行舟橋側(cè)舟（上裝）的主體材料，其性能在桁架結(jié)構(gòu)上得到了充分驗(yàn)證，是桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)選材料。同時也保證了與上裝材料的統(tǒng)一性，便于以后維修保障。

616裝甲鋼作為我國早期研制的較為成熟的中碳低合金軋制裝甲鋼，經(jīng)熱處理后，具有高的強(qiáng)度和良好的韌性，且具有優(yōu)良的焊接和切削加工性能，在坦克裝甲車輛上廣泛應(yīng)用，加工工藝成熟穩(wěn)定，且便于采購。

根據(jù)以上分析，履帶式自行舟橋車體采用S700MC、616鋼作為主體材料。

3.2 車體結(jié)構(gòu)組成

履帶式自行舟橋上裝部分（左右側(cè)舟）重量達(dá)到15t，相對傳統(tǒng)裝甲車輛，自行舟橋底盤承載量非常大，陸上底盤承載達(dá)到35t，這對采用桁架設(shè)計(jì)車身的底盤是一個全新的挑戰(zhàn)。根據(jù)整車的總體結(jié)構(gòu)和功能需求，結(jié)合工廠多年的履帶式車輛的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對承載較大車體下部結(jié)構(gòu)，采用了承載式車身設(shè)計(jì)，車體側(cè)下采用裝甲鋼板+桁架結(jié)構(gòu)。通過借鑒與創(chuàng)新形成了承載式與非承載式相混合的車身設(shè)計(jì)。

自行舟橋底盤承載量非常大，這對采用桁架設(shè)計(jì)車身的底盤是一個全新的挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)過程中，主要通過以下途徑來突破。

上裝接口箱型梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：上裝兩側(cè)舟在路上和水上狀態(tài)時通過鉸接支座、固定支座、油缸支座供給12個安裝座將負(fù)載傳遞到底盤，安裝支座受力大，底盤設(shè)計(jì)兩個箱型梁來固定安裝支座，箱型嵌入在前橋框架、動力艙框架、尾部框架之間焊接，并設(shè)有輔助加強(qiáng)筋來加強(qiáng)兩箱型與車體的連接，保證車體在兩側(cè)舟安裝位置具體足夠的剛強(qiáng)度，滿足上裝的使用要求。

箱型梁采用四塊為S700MC鋼板焊接成3097×326×684的梁，支座采用38CrSi材料鍛造、機(jī)加成型，焊接在箱型梁上，焊后加工保證支座的位置度及安裝要求，在各支座位置增加輔助加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。

承載式與非承載式相混合的車身設(shè)計(jì)：車體上部采用桁架+蒙皮結(jié)構(gòu)非承載車身設(shè)計(jì)，側(cè)下則采用承載車身設(shè)計(jì)，采用616裝甲鋼板的側(cè)下甲板與車體上部桁架和箱型梁焊接，同時輔以立柱，在車行道位置增加斜支撐梁，形成上裝→箱型梁→側(cè)下甲板→行動系統(tǒng)的負(fù)載傳遞路徑，減輕了車體薄弱部分受力。

4 試驗(yàn)概況

履帶式自行舟橋車輛性能試驗(yàn)主要分為陸上試驗(yàn)和水上試驗(yàn)兩部分。

陸上試驗(yàn)主要為陸上行駛里程試驗(yàn)及陸上性能測試，具體結(jié)果見表2所示，其中加速時間是車輛從0加速至32km/h所需的時間。

水上試驗(yàn)主要包括排水試驗(yàn)、水上偏載試驗(yàn)、水上裝載試驗(yàn)、水上航行試驗(yàn)等。

排水試驗(yàn)主要測試排水裝置是否可以單獨(dú)排出浮箱內(nèi)部的水。首先在左右浮箱灌水直至沒過吸水口，在引水管內(nèi)灌滿水后放入裝滿水的水桶內(nèi)，啟動車輛并切換到水上工況，持續(xù)十分鐘無水排出，達(dá)到設(shè)計(jì)需求。

水上偏載試驗(yàn)主要測試自行舟橋在水中載物時，若物體重心車輛重心位置，車輛的側(cè)傾情況。試驗(yàn)方案：在車輛的四角選取對稱的8個位置，用4塊2噸重的砝碼放置在8個位置中的4個，挪動砝碼到不同的位置，記錄傾斜數(shù)據(jù)，計(jì)算得到最大傾斜角為2°，小于臨界值4°，符合設(shè)計(jì)條件，滿足使用要求。

水上裝載試驗(yàn)則是測試車輛水上航行的最大載重量，考慮試驗(yàn)安全性，配重由鋼板代替。最終測得車輛水上航行的滿載量達(dá)到83t，滿足設(shè)計(jì)需求。

水上航行試驗(yàn)主要驗(yàn)證車輛在水上行駛時，在發(fā)動機(jī)不同轉(zhuǎn)速下車輛可以達(dá)到的最大速度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，車輛空載情況的水上航行速度不得低于8km/h，滿載時的航行速度不得低于5km/h。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3、表4，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)（空載、滿載）可知，自行舟橋水上航行速度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

履帶式自行舟橋的設(shè)計(jì)，充分考慮了性能指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性，以及技術(shù)成熟度、研制周期等因素，滿足總體設(shè)計(jì)要求。同時，該產(chǎn)品繼承了技術(shù)成熟的兩棲裝備、新型輕型坦克、新型輕型步兵戰(zhàn)車等設(shè)計(jì)理念和成熟經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行了研制技術(shù)協(xié)議以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時兼顧了可靠性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。

樣車研制成功后，同時進(jìn)行了陸上及水上多項(xiàng)性能測試試驗(yàn)，并順利通過測試，這對提高我國應(yīng)急工程裝備核心競爭力有著重要作用。

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