某型號坦克變速箱自動化改造設計

魏樹禮

摘要：針對退役某型號坦克，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向，對某型號坦克操縱裝置改造為自動化換擋機構，主要研究方向為變速箱換擋裝置的改造。

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.

關鍵詞：裝備;變速箱;自動化;改造

Key words： equipment;transmission;automation;transform

中圖分類號：E923.11? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0019-02

1? 某型號坦克變速箱操縱裝置構造特點及工作原理

采用定軸式變速箱的某型號坦克，其操縱裝置中的變速控制器位于駕駛艙內，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。當變速桿沿擋片內的橫槽移動時，連接軸可軸向移動;連接軸沿縱槽移動時可旋轉。②擋位板：固定在套管右端的結合盤上擋位板上有縱、橫格槽，縱格槽的前、后端，標有擋位記號。③支承臂：裝在套管的右端，其上有環槽，擋位板卡入槽中。支撐臂只能在套管內旋轉，但不可以做軸向移動。④套管：固定在車底裝甲板上，其上有兩個注油口及螺塞。⑤連接軸：裝在套管內，一端與變速桿相連，另一端焊有撥桿，以撥動傳動桿。⑥傳動桿盒：固定在套管左端的結合盤上。傳動桿盒內裝有傳動桿、閉鎖器和限制器。左邊的為四、五擋，右邊的為二、三擋，通孔用來安裝限制銷。各傳動桿的前端均有缺口，換擋時撥桿的一端進入缺口內，后端與傳動桿相連，中部有三個閉鎖彈子的梯形槽。

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

閉鎖銷、閉鎖彈簧和閉鎖彈子各有三個，分裝在傳動桿盒的三個垂直孔中。

上述鎖緊槽設置在傳動桿盒后部的孔內，軸的內端設有弧形槽，螺紋固定在箱體上的限位螺栓伸入該限位槽內，以防止軸向移動，并限制軸的轉動角度。軸的中部有三個閉鎖孔，當孔與閉鎖銷錯開時，閉鎖銷就被頂住而不能下移，閉鎖彈子將傳動桿卡住，此處為閉鎖。

2? 改裝過程中的原則及問題

2.1 改裝原則

①不改變原先的駕駛員駕駛位置——不得影響駕駛員在手動檔位下進行操縱桿的操縱和周圍環境的觀瞄。②不改變原車基本構造——緊扣發展性、經濟性原則，盡量用最小的改裝條件完成既定的改裝任務。③改造后手動、自動操縱互不影響——實戰條件下一旦自動化操縱裝置出現故障，要及時實現手動操縱，不得影響既定條件下的作戰任務。④普遍性、發展性原則——改造試驗過程應當適用于大部分即將退役或部隊現役裝甲車輛。以便于充分的利用此次改造試驗成果，確實提升退役舊裝備的現代化作戰水平。

2.2 現有問題

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*寬*高），其中三根傳動軸直徑是25mm，各個傳動軸之間間隙是 5mm，留給可改造的空間十分小，改裝過程十分困難。

2.2.2 技術水平

在盡可能縮小液壓缸體積的前提下設計的液壓缸助力操縱裝置是否能承受住換擋所需拉應力，花鍵加工精度能否滿足各機構之間的配合。

2.2.3 液壓助力裝置的選取

液壓裝置設計三個完成既定任務最簡便，也最容易實現三根傳動軸的位移，且不容易相互影響。但是受到空間的限制，若安裝三個液壓裝置，所需空間過大會使得駕駛椅無法正常打開及升降座，駕駛員的工作會受到影響。

2.2.4 機構設計

要用一個機構操縱三根傳動軸，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軸，不能同時換上兩個檔，并且液壓件要保證密封不能漏油，這使得設計和加工的難度加大。

3? 設計過程

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，控制閉鎖器軸的轉動，實現對各傳動桿移動的開鎖和閉鎖。改裝時在閉鎖器軸右端加裝步一個進電機，電機的外殼固定在閉鎖軸蓋上，電機軸連接在閉鎖軸上。

通過控制線與電控單元相連，電機接收控制指令轉動或停止，帶動閉鎖軸轉動，實現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（兼起限制作用），為控制步進電機提供信號。

3.1.2 傳動桿的改裝

傳動桿改裝基本原理是在傳動桿下方加裝液壓閥和小電機實現自動換擋。具體做法是在三根傳動桿合適位置焊接擋板，在下方液壓閥活塞桿上焊接相應擋板，在活塞桿上合適位置加工合適長度的花鍵，通過一個小電機的輸出軸齒輪與花鍵配合使活塞桿轉動相應角度，實現對所需控制傳動桿的選擇，而后，通過液壓裝置控制液壓閥活塞桿縱向位移，經電機輸出軸轉動使活塞桿擋板與所選縱拉桿擋板配合，帶動傳動桿運動，實現檔位的選擇。

人工駕駛時，通過控制小電機輸出軸齒輪轉動，使活塞桿隨之轉動至其擋板不影響傳動桿正常縱向位移的位置，實現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;換算到傳動桿上，受力大小不超過1000N，行程不超過30mm。活塞桿應能停于三個位置：最前、中間和最后。

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

3.3 建模設計過程

3.3.1 功能分析

該裝置主要實現功能是通過控制線與電控單元相連，電機接收控制指令轉動或停止，帶動閉鎖軸轉動，實現閉鎖器的開鎖和閉鎖。然后液壓閥活塞的徑向運動帶動變速箱的傳動桿做徑向運動，從而實現變速箱的換擋。電機齒輪與花鍵嚙合，通過控制電機轉動活塞桿轉動，實現齒輪位置選擇達到換擋的功能。

①掛擋時。通過控制線與電控單元相連，電機接收控制指令轉動或停止，帶動閉鎖軸轉動，實現閉鎖器的開鎖：

掛倒擋時：電機轉動帶動活塞桿使擋板轉至中間傳動桿位置，液壓缸控制活塞桿向外推出，活塞桿擋板與傳動桿上擋板配合帶傳動桿徑向移動掛擋。

掛一檔時：電機轉動活塞桿使擋板轉至中間傳動桿位置，活塞向缸內移動，活塞桿上的擋板帶動傳動桿徑向移動，掛上一檔。

掛二擋時：電機通過花鍵與活塞桿嚙合，電機轉動帶動活塞桿使擋板轉至左側傳動桿擋板處，液壓缸控制活塞桿向外推出掛上二擋。

掛三擋時：電機通過花鍵與活塞桿嚙合，電機轉動帶動活塞桿使擋板轉至左側傳動桿擋板處，液壓閥控制活塞桿向缸內移動則掛上三擋。

掛四擋時：電機轉動帶動活塞桿轉動使擋板轉至右側傳動桿桿位置，活塞桿向外推出則掛上四擋。

掛五檔時：電機轉動帶動活塞桿轉動使擋板轉至右側傳動桿位置，活塞桿向內移動掛上五擋。

一檔換二檔時：液壓閥活塞通過擋板與中間傳動桿結合推動傳動桿向前移動，此時恢復空擋，然后電機轉動活塞桿至左側傳動桿，活塞向缸內移動，帶動左側傳動桿向后移動，掛上二檔。

②手動操縱時。手動操縱時：人工駕駛時，手動驅動通過抓地器帶動鋼絲繩，帶動鎖緊軸轉動，此時電機軸隨動，不起作用。電機轉動將活塞桿擋板轉至左側傳動桿不與傳動桿擋板接觸，此時可以手動操縱傳動桿進行換擋。

3.3.2 尺寸設計和材料選擇

①液壓缸選擇。變速裝置工作時既受拉力，又受壓力，力大小不超過250N，行程不超過120mm;換算到傳動桿上，受力大小不超過1000N，行程不超過30mm。活塞桿應能停于三個位置：最前、中間和最后。人工駕駛時活塞桿擋板與傳動桿不接觸，避免活塞往復運動減少漏油。切換為無人駕駛狀態時應處于空檔位置，此時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，長度方向不超過340mm，傳動桿只能做徑向運動，因此我們選用一個活塞式液壓閥。

②活塞桿選擇。因為活塞桿為主要受力部件因此需要保證桿的強度合適，不能發生彎曲變形，而且與油液缸體接觸，需要耐磨耐腐蝕。活塞厚度L2=30mm，活塞桿光滑部分長度L3=95mm，帶有花鍵部分長度L4=70mm，前端焊接擋板部分長度15mm。

③擋板選擇。擋板是連接活塞桿與傳動桿的關鍵，因為需要實現推動傳動桿反復進行徑向移動，所以擋板必須要能夠承受推動傳動桿的力，而且不能發生彎曲變形，不能折斷，耐磨性好。活塞桿上擋板厚度H1=10mm高度h1=40mm，左側傳動桿擋板高度h2=30mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，擋板位置向中間傳動桿方向旋轉20°，中間傳動桿擋板高度h2=18mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，右側傳動桿擋板高度h2=30mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，擋板位置向中間傳動桿方向旋轉20°。

4? 變速箱操縱裝置改造設計說明

本改造保持某型號坦克變速箱操縱裝置整體、動力、傳動裝置基本結構狀態，充分利用原車部、組件，最大限度減少對原車結構的改動量，降低改裝施工難度，減少器材，場地和人力消耗。在駕駛艙內布設電機組、嵌入式液壓油缸、液壓動力單元等。

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*寬*高），其中三根傳動軸直徑是25mm，各個傳動軸之間間隙是5mm，若安裝在上面，則影響轉動機操縱桿，左側為坦克邊緣裝甲，右側為駕駛椅，液壓閥助力裝置安裝在傳動軸下面較為合理。

部件選取：由于變速操縱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，長度方向不超過340mm，為此采用一個液壓缸。選取電機型號尺寸時應充分結合其所在位置的空間大小盡量選取小的尺寸。

參考文獻：

[1]劉相波，晁智強，韓壽松，等.裝甲裝備液壓系統故障診斷策略實用化研究[J].2009.

[2]裝甲裝備維修工程構造與使用[M].解放軍出版，2009.

[3]孫偉，李維東，等.裝甲車輛構造[M].2006，04.

[4]閆青東，李宏才編著.裝甲車輛構造與原理[M].2019，06.

[5]梁朝彥主編.汽車構造與維修，發動機部分[M].2008.