Анализ конструкций элементов систем подрессоривания ВГМ

Балансиры

 

Поворотные рычажные конструкции - балансиры 19 (рис. 3.1), 12 (рис. 3.2), связывают корпус машины с опорными катками одновременно и непосредственно, и посредством упругих элементов 23. Они также могут являться опорами для демпфирующих элементов - амортизаторов 3 (рис. 4.1) или быть основой для установки в них упругих (пневматических) и демпфирующих (гидравлических) элементов в гидропневматических системах подрессоривания.

В настоящее время применяются два основных способа крепления балансиров к корпусу.

Первый способ характеризуется тем, что балансир 19 (рис. 4.1) шарнирно устанавливается на ось, прикрепленную к корпусу машины через кронштейн 21. Например, на танках семейств Т-64 и Т-80 балансиры устанавливаются на осях 22 на комбинированных игольчатых подшипниках 20. Оси от смещения удерживаются гайками 23, навернутыми на них изнутри машины. Балансиры от осевого смещения удерживаются шариковыми упорными подшипниками, выполненными как элемент игольчатых подшипников. Демонтаж балансира танка Т-80 возможен только после установки его в вертикальное положение, когда шлицевая муфта 13 выходит из пазов, нарезанных на внутренней поверхности оси балансира. После снятия шлицевой муфты открывается доступ к пробке 17, удерживающей внутреннюю обойму подшипника балансира.

Со стержневыми упругими элементами – торсионными валами, балансиры танков Т-64 соединяются непосредственно, а танков Т-80 через шлицевую муфту 13. Смазка подшипников балансиров на танке Т-80 осуществляется через одно из отверстий в шлицевой муфте.

 

Рисунок 3.1 Основные элементы подвески:

1 – упор балансира; 2 – гидроамортизатор; 3 – тяга гидроамортизатора;   4 – балансир; 5 –болт; а – метка крестообразная

 

Второй способ крепления отличается тем, что оси балансиров, являющиеся их продолжением их рычажной части (а не отдельными элементами), устанавливаются во втулки 22 (рис. 3.2 ) кронштейнов 27 в корпусе машины. Втулки 22 легких танков и БМП, как правило, латунные и представляют собой вкладыши (подшипники скольжения), запрессованные в кронштейны, а втулки балансиров танков семейства Т-72 (включая и Т-90),гусеничных машин ГМ-569, ГМ-352 и других являются подшипниковыми узлами на основе подшипников качения. Обычно это игольчатые и шариковые подшипники,причем последние удерживают балансиры и от осевого смещения.

Втулки прикрепляются к кронштейнам корпуса при помощи болтов (Т-72) или фиксируются стопорами, расположенными на боковых поверхностях кронштейнов (ГМ-569). На легких гусеничных машинах, таких как МТ-ЛБ и БМП, балансиры от осевых смещений удерживаются торсионными валами 23, на которые могут воздействовать дополнительно неблагоприятные дляних напряжения растяжения.

Смазка подшипниковых узлов танков и близких им по массе базовых шасси и вкладышей легких машин осуществляется через специальные отверстия в кронштейнах балансиров или, как на БМП-2, через отверстия с пробками 20 в корпусе машины, связанные с втулками металлическими трубками 21.

В эксплуатации следует обращать внимание на исправность уплотнений подшипниковых узлов осей балансиров, особенно на машинах, где применены подшипники скольжения, так как попадание абразива приводит к износу вкладышей, перекосам балансиров и, как следствие, к повышению вероятности разрушения торсионных валов, которые будут испытывать крайне неблагоприятные для них изгибные нагрузки.

 

 

Упругие элементы

 

В качестве металлических упругих элементов в подвесках могут применяться листовые рессоры, винтовые и спиральные пружины и торсионные валы. Первые в настоящее время на гусеничных машинах не применяются. Вторые используются только в ограничителях хода опорных катков. Спиральные пружины применялись, в частности, в системах подрессоривания танков семейств Т-34 и «Шерман» Из состоящих на вооружении машин в армиях иностранных государств подобные упругие элементы используют на танках семейств «Меркава» и «Центурион».

Для современных отечественных ВГМ в качестве упругих элементов применяются торсионные валы (торсионы). Эти валы 23 представляют собой стальные круглые стержни с большими и малыми шлицевыми головками. На отечественных ВГМ торсионы, как правило, изготавливаются из стали 45ХН2МФАШ (НRС 50-60), подвергаясь объемному и поверхностному упрочнению.

В последние годы удалось значительно повысить прочность торсионных валов как за счет физико-механических свойств металла, так и

 

 

Рисунок 3.2 - Установка балансира, торсионного вала и опорного катка БМП-2:

1 - шарикоподшипник; 2- гайка крепления опорного катка; 3 - ось катка; 4 - штифт; 5 - пробка заправочного отверстия катка; 6 и 16 - прокладки; 7-крышка; 8 и 28- резиновые кольца; 9 - диск катка; 10 - обод; 11 - резиновая шина; 12 - балансир; 13 – болт крепления балансира; 14- крышка торсиона с уплотнениями; 16 - ось балансира; 17 - регулировочные прокладки; 18 -крышка лабиринтного уплотнения; 19 и 30 - самоподжимные манжеты; 20 - пробка смазочного отверстия втулки оси балансира; 21 - трубка подвода смазки; 22 - втулка оси балансира; 23 - торсионный вал; 24 - пробка контрольного отверстия: 25- малая втулка оси балансира; 26 - уплотнительное кольцо; 27 - кронштейн балансира; 29 - заглушка полости балансира; 31 - обойма лабиринтного уплотнения; 32- задняя крышка катка; 33 - болт крепления крышки; 34 - ступица катка; 35 - роликоподшипник; 36 - распорная втулка; 41 - направляющая; 42 - тыльная часть балансира

за счет технологии упрочнения (режимов термообработки, накатки поверхностей роликами и т.д.), что позволило повысить рабочие напряжения в поверхностных слоях валов до 1600 мПа (16 тс/см²).

Для снижения максимальных напряжений кручения внешних волокон и увеличения углов закрутки торсионные валы заневоливают, что позволяет более равномерно распределять напряжения внутри вала по сечению.

Процесс заневоливания заключается в том, что торсион в процессе изготовления до закалки несколько раз принудительно закручивают в ту сторону, в которую он поворачивается при работе в машине, на угол, значительно превышающий предел упругих деформаций.

В наружных слоях торсиона возникают пластические необратимые пластические деформации, а в центральных - упругие. При разгрузке сердцевина торсиона стремится вернуться в исходное положение, но встречает сопротивление пластически деформированного наружного слоя, повышая в нем напряжения обратного направления. Другими словами, наружный слой торсиона не возвращается в первоначальное положение, а остается смещенным против предстоящих в процессе работы деформаций. Поэтому при рабочих закрутках заневоленых торсионов наружные слои деформируются меньше, что увеличивает срок службы валов.

     Торсионы, прошедшие процесс заневоливания, маркируют разными индексами (например, «П» и «Л») для исключения возможности установки торсиона, заневоленного в одну сторону, на подвеску, где он будет закручиваться в другую сторону.

     Ошибки такого рода приводят к тому, что к напряжениям, стремящимся возвратить наружные слои в первоначальное положение, добавляются напряжения обратного направления, а это ведет к разрушению торсиона при закрутках его даже на сравнительно небольшие углы.

Особо следует обратить внимание на плавающие машины, у которых при преодолении водной преграды гусеницы провисают в промежутке начиная от второго и заканчивая предпоследним опорными катками. Опорные катки, теряя опору на гусенице, под действием силы тяжести, своим весом поворачивают балансиры в сторону, противоположную штатной закрутке торсионов данного борта (следует учитывать и вес самих балансиров). Особо остро эта проблема стоит для машин с неполыми опорными катками (БМП-3).

Для предотвращения поломки торсионов на БМП-3, например, угол такого поворота 3, 4, и 5 балансиров ограничивается специальными упорами, приваренными к борту машины над осью балансира с небольшим смещением в сторону, противоположную расположению опорного катка. При этом сами балансир также снабжён упором, являющимся продолжением его рычага и переходящим за ось вращения балансира. Таким образом, при нахождении машины на плаву упор балансира взаимодействует с упором на корпусе БМП и препятствует закручиванию торсиона на опасный угол. Для 1, 2 и 6 торсионов такой угол ограничивается упором опорного катка в гусеницу и ограничивающим действием телескопического гидроамортизатора, играющего, в данном случае, несвойственную ему роль жёсткого упора.

На машинах с полыми опорными катками (БМП-1,2, МТ-ЛБ) эта проблема не стоит так остро, так как со стороны опорных катков (выполняющих роль поплавков) на балансиры действует выталкивающая сила воды, частично компенсирующая вес катков и балансиров.

При больших напряжениях кручения торсионные валы становят-

ся весьма чувствительными к всякого рода изгибным напряжениям. К причинам, способствующим появлению таких напряжений, следует отнести: возможные несоосности и развалы кронштейнов, которые неизбежны в процессе изготовления корпусов машин; искажение формы шлицевых отверстий при сварке кронштейнов; деформацию корпусов и осей балансиров при движении машины по местности.

Торсионные валы, кроме того, подвержены тепловому воздействию как за счет внутреннего трения слоёв металла в них, так и за счет нагрева от расположенных рядом с ними деталей и сборочных единиц машины. Предел пропорциональности (предельные величины деформаций, при которых еще сохраняются упругие свойства) при кручении торсионного вала из стали 45ХН2МФАШ, например, остается неизменным только по температуры 432 К (60°С).

Повышение рабочей температуры до 472 К (100°С) приводит к снижению предела пропорциональности на 4% и появлению остаточной деформации вала 5-6°, что ведет к уменьшению динамического хода опорного катка. Следует заметить, что в силовых (моторно-трансмиссионных) отделениях современных ВГМ температуры могут достигать 402 К (130°С).

Особенно опасны для торсионных валов удары понимметаллическими предметами. Выемки, образовавшиеся в результате таких ударов, являются концентраторами и без того высоких напряжений в наружных слоях. Для уменьшения вероятности повреждений от случайных ударов торсионы обычно обматывают изоляционной лентой.

Торсионы 23 устанавливают в машину при строго определенных положениях балансиров 1 2 относительно корпуса. Углы установки торсионных валов(выставки) на угол закрутки определены в инструкциях (руководствах) по войсковому ремонту, как и приспособления обеспечивающие создание таких углов.

Если бы малые и большие головки торсионов имени одинаковое количество шлиц, то установка балансиров на требуемый техническими условиями угол была бы затруднена, так как поворот балансира относительно корпуса был бы возможен только на достаточно большие дискретные углы

Для повышения точности на большой и малой головках торсиона (соответственно и в местах их установки: корпусе и балансире) нарезают разное число шлиц. Например, число шлиц на малой/большой головках торсионов танков семейств Т-72 и Т-80 составляет соответственно 48/52 и 52/56.

Демпфирующие элементы

 

Амортизаторы (демпфирующие элементы, демпферы), поглощая энергию колебаний корпуса машины, превращают ее в теплоту за счёт сил трения в и рассеивают её в окружающую среду. В современных ВГМ наиболее часто применяются гидравлические (телескопические и лопастные) и фрикционные дисковые амортизаторы.

Типичный гидравлический телескопический амортизатор включает рабочий цилиндр 3 (рис. 3.3), компенсационную камеру 16, шток с поршнем 2, систему клапанов 1, 18, 19,  уплотнения 7, 8 и детали крепления. В полости рабочего цилиндра, и, частично, в компенсационную камеру заправляется специальная амортизационная жидкость (масло ТС_ЗП-8 для танков семейства Т-80, «169-36» - для БМП-3, смесь по 50 % трансформаторного и турбинного масел – для БМП-1,2).

Как правило, цилиндр 3 амортизатора соединяется через балансир с опорным катком, а поршень 2 - с корпусом. При движении машины происходит превращение механической энергии колебаний корпуса в

Рисунок 3.3 - Гидравлический амортизатор транспортёра МТ-ЛБ и тягача АТЛ:

1 – клапан – золотник; 2 – шток с поршнем; 3 – цилиндр; 4 – кожух; 5 – опора; 6, 10 – уплотнительное кольцо; 7 и 8 – уплотнение штока; 9 – крышка цилиндра; 11 – скребок-грязеочиститель; 12 – проушина штока; 14 – стопор крышки; 15 – крышка компенсационной камеры; 16 - компенсационная камера; 17 – головка цилиндра; 18 – клапанный узел; 19 – трубка

 

тепловую энергию жидкости за счет действия сил внутреннего трения в жидкости и трения жидкости о стенки и поверхности деталей клапанов 1, 2, 6 (рис.3 4.) и стенки отверстий В и отверстий в поршне. Тепло передаётся всем элементам конструкции амортизатора.

Компенсационная камера Г необходима, главным образом, для размещения объема жидкости, вытесняемого штоком 5 поршня. Камера может быть вынесенной (МТ-ЛБ, танки семейств Т-64, Т-80, тягач МТ-Т).

Т) или представлять собой пространство между корпусом и цилиндром амортизатора (БМП-2,

К недостатку конструкции поршневого гидроамортизатора следует отнести проявление значительных «свободных ходов» (т.е. перемещений поршня относительно цилиндра практически без формирования сил сопротивления такому перемещению), появление которых обусловлено захватом части воздуха в компенсационной камере при перетекании через неё с большой скоростью рабочей жидкости. В результате этого образуется механическая смесь (эмульсия) рабочей жидкости и воздуха. При смене направления хода поршня в начале хода эмульсия в рабочих полостях А (рис. 3.4) или Б сжимается (ввиду упругости воздуха), не перетекая вообще через клапаны и, должным образом, через отверстия. «Свободные ходы» и обусловлены сжимаемостью эмульсии. Они могут достигать 20-40 мм хода поршня, что существенно снижает эффективность работы амортизатора. Этот недостаток отсутствует у лопастных гидроамортизаторов.

Лопастные гидроамортизаторы (рис. 3.4) танков семейств Т-55, Т-62 и Т-72 аналогичны по конструкции. В состав амортизатора входят: корпус 4, перегородка 3, лопасти 5, рычаг 1 с осью и крышка. Лопасти и выступы перегородки образуют четыре рабочие камеры д и е, а углубления в перегородке и крышке – компенсационную камеру, связанную с рабочими камерами специальными проточками с шариковыми клапанами. В выступах б и  в перегородки амортизатора танков семейства Т-72 и в лопастях амортизатора танков Т-55 (Т-62) имеются клапаны,

 

 

Рисунок 3.4 - Лопастной гидроамортизатор танков семейства Т-72:

1 - рычаг с осью; 2 - крышка; 3 - перегородка; 4 - корпус; 5 - лопасть; 6 - бронзовая пластина; 7 и 8 - пробки; 9 и 12 - стаканы; 10 - клапан прямого хода; 11 - пружина; 13 - клапан обратного хода; а - отверстия в лопасти и оси; б, в - выступы перегородки; д, е - рабочие камеры

 

которые открываются только при прямом ходе рычага, опорный каток поднимается (левый эскиз под рисунком гидроамортизатора).

При обратном ходе рычага жидкость продавливается в соседние камеры, включая компенсационную, через неплотности соприкасающихся деталей и отверстия в клапанах 10. Так обеспечиваются нужные усилия сопротивлений перемещениям опорных катков.

Другие преимущества лопастных амортизаторов по сравнению с телескопическими состоят в том, что они компактны, не требуют пространства между корпусом и опорным катком. Соприкасаясь с корпусом машины, они имеют хороший теплоотвод, поэтому меньше выходят из строя по причине перегрева.

К недостаткам лопастных амортизаторов следует отнести высокую нагруженность их неподвижных соединений стенок корпуса 4 и крышки 2. Так, при давлениях 10-12 мПа (100-120 кгс/см²⁾ в конструкции амортизатора танка Т-90 возникают осевые силы, превышающие 250 кН (25 тс). За счет этого стенки амортизатора деформируются, а крепежные болты иногда даже вытягиваются. Реализовать в таких условиях требуемые высокие значения сопротивлений становится проблематичным.

     На Т-90 и других танках семейства Т-72 рычаги амортизаторов связаны с балансирами при помощи специальных тяг. В эксплуатации втулки в шарнирных соединениях тяг изнашиваются. Экспериментально установлено, что увеличение люфтов в шарнирах более 25 мм приводит к значительному снижению средних скоростей движения машин из-за неполного выполнения амортизаторами своих функций. Например, если при новых втулках танк показывает среднюю скорость 41-42 км/ч, то при люфтах в шарнирах 50-60 мм скорость снижается до 35-36 км/ч.

В эксплуатации гидравлические амортизаторы требуется проверять на предмет наличия подтеканий рабочей жидкости, исправности

уплотнений (особенно защитных гофрированных кожухов штоков телескопических амортизаторов, например на танках семейств Т-64, Т-80, тягаче МТ-Т). Естественным способом проверки работоспособности амортизаторов является определение степени его нагрева на ощупь. Как правило, холодные после пробега необслуживаемуе амортизаторы (танки семейства Т-72) требуют замены, хотя можно попытаться дозаправить обслуживаемые рабочей жидкостью (БМП-1, 2, 3, танки семейства Т-80) и проверить еще раз.

Лопастные амортизаторы невзаимозаменяемы с борта на борт либо из-за того, что для разных бортов они имеют зеркальную конструкцию, из-за компоновочных особенностей установки торсионов различных бортов и связанных с этим различийв устройствах крепления амортизаторов. Частичная взаимозаменяемость по борту машины таких амортизаторов возможна. Например, на танках семейства Т-72 рычаги амортизаторов левого борта имеет маркировку «1, 2, 3 Лев», а правого «I, 2 Прав» и «3 Прав».

Это означает, что амортизаторы левого борта нельзя установить вместо амортизаторов правого борта, а третий правый амортизатор нельзя установить на место первого или второго и наоборот.

При проведении технического обслуживания гидравлические амортизаторы обычно дозаправляютрабочей жидкостью, а верхние и нижние опоры телескопических амортизаторов смазывают консистентными смазками.

 

 

 Ограничители хода опорных катков

 

Ограничители хода опорных катков служат для предотвращения поломки упругих элементов. Они представляют собой особые конструкции, прикреплённые к борту машины на высоте соответствующей полному ходу опорных катков.

На значительном количестве марок ВГМ устанавливаются жёсткие ограничители хода (прежде всего - отечественные танки), недостатком которых является возможность жёстких ударов баланасиров о них (т.н. «пробой подвески»). Такие удары отрицательно сказываются на физическом состоянии экипажа (и десанта), на работоспособности всех без исключения элементов конструкции машины, а для ряда ВГМ – и перевозимого груза. Жёсткие упоры представляют собой металлические пластины особой формы.

С целью исключения жёстких ударов на ряде современных ВГМ роль ограничителей хода выполняют буферы.

Буферы предназначены для создания дополнительных упругих в сочетании с ограничением хода опорных катков. Буферы должны обладать высокими энергоёмкостью, прочностью и надёжностью при различных условиях эксплуатации ВГМ при минимальных массогабаритных показателях.

Буферы классифицируются по принципу действия на упругие и упруго-демпфирующие. Упругие буферы (резинометаллические упоры0, бывают резиновые 8 (рис. 1.1) (БМП-1,2 – над вторым-пятым узлами подвески, БМП-3) или пружинные (пружинные упоры0, как правило, конические пружины 5 (рис. 3.3) (БМП-1,2 – над первым и шестым узлами подвески).

К недостаткам упругих буферов следует отнести большую жесткость и недостаточную энергоёмкость (особенно у резиновых), малый рабочий ход и большую передачу накопленной энергии корпусу ВГМ. Кроме того, пружинные буферы работают ненадёжно при попадании в них грязи и последующем её высыхании и замерзании.