某型號坦克變速箱自動化改造設(shè)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(dǎo)向，對某型號坦克操縱裝置改造為自動化換擋機(jī)構(gòu)，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(guān)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(xiàn)標(biāo)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(gòu)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(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)的橫槽移動時，連接軸可軸向移動;連接軸沿縱槽移動時可旋轉(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。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。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(nèi)，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(jié)合盤上。傳動桿盒內(nèi)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(jìn)入缺口內(nèi)，后端與傳動桿相連，中部有三個閉鎖彈子的梯形槽。

空心調(diào)整螺栓位于傳動桿盒的右側(cè)，鋼絲繩從其中穿過。空心調(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，改變鋼絲繩外套的彎度，以調(diào)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(shè)置在傳動桿盒后部的孔內(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，并限制軸的轉(zhuǎn)動角度。軸的中部有三個閉鎖孔，當(dāng)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(jìn)行操縱桿的操縱和周圍環(huán)境的觀瞄。②不改變原車基本構(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、自動操縱互不影響——實戰(zhàn)條件下一旦自動化操縱裝置出現(xiàn)故障，要及時實現(xiàn)手動操縱，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——改造試驗過程應(yīng)當(dāng)適用于大部分即將退役或部隊現(xiàn)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(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*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(shù)水平

在盡可能縮小液壓缸體積的前提下設(shè)計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)計三個完成既定任務(wù)最簡便，也最容易實現(xiàn)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(jī)構(gòu)設(shè)計

要用一個機(jī)構(gòu)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(shè)計和加工的難度加大。

3? 設(shè)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(zhuǎn)動，實現(xiàn)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(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)動或停止，帶動閉鎖軸轉(zhuǎn)動，實現(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。

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(jī)實現(xiàn)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(yīng)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(jī)的輸出軸齒輪與花鍵配合使活塞桿轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度，實現(xiàn)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(jīng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動使活塞桿擋板與所選縱拉桿擋板配合，帶動傳動桿運(yùn)動，實現(xiàn)檔位的選擇。

人工駕駛時，通過控制小電機(jī)輸出軸齒輪轉(zhuǎn)動，使活塞桿隨之轉(zhuǎn)動至其擋板不影響傳動桿正常縱向位移的位置，實現(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(yīng)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(shè)計過程

3.3.1 功能分析

該裝置主要實現(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)動或停止，帶動閉鎖軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)閉鎖器的開鎖和閉鎖。然后液壓閥活塞的徑向運(yùn)動帶動變速箱的傳動桿做徑向運(yùn)動，從而實現(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)動活塞桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)齒輪位置選擇達(dá)到換擋的功能。

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

掛倒擋時：電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動活塞桿使擋板轉(zhuǎn)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(jī)轉(zhuǎn)動活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至中間傳動桿位置，活塞向缸內(nèi)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(jī)通過花鍵與活塞桿嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至左側(cè)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(jī)通過花鍵與活塞桿嚙合，電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動活塞桿使擋板轉(zhuǎn)至左側(cè)傳動桿擋板處，液壓閥控制活塞桿向缸內(nèi)移動則掛上三擋。

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

掛五檔時：電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動活塞桿轉(zhuǎn)動使擋板轉(zhuǎn)至右側(cè)傳動桿位置，活塞桿向內(nèi)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(jié)合推動傳動桿向前移動，此時恢復(fù)空擋，然后電機(jī)轉(zhuǎn)動活塞桿至左側(cè)傳動桿，活塞向缸內(nèi)移動，帶動左側(cè)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(qū)動通過抓地器帶動鋼絲繩，帶動鎖緊軸轉(zhuǎn)動，此時電機(jī)軸隨動，不起作用。電機(jī)轉(zhuǎn)動將活塞桿擋板轉(zhuǎn)至左側(cè)傳動桿不與傳動桿擋板接觸，此時可以手動操縱傳動桿進(jìn)行換擋。

3.3.2 尺寸設(shè)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(yīng)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(fù)運(yùn)動減少漏油。切換為無人駕駛狀態(tài)時應(yīng)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(yùn)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(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。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(guān)鍵，因為需要實現(xiàn)推動傳動桿反復(fù)進(jìn)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(fā)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(cè)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(zhuǎn)20°，中間傳動桿擋板高度h2=18mm厚度H2=10mm，間距x=12mm，右側(cè)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(zhuǎn)20°。

4? 變速箱操縱裝置改造設(shè)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(jié)構(gòu)狀態(tài)，充分利用原車部、組件，最大限度減少對原車結(jié)構(gòu)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(nèi)布設(shè)電機(jī)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(zhuǎn)動機(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(jī)型號尺寸時應(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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