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      某型號(hào)坦克變速箱自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)

      2021-09-10 07:22:44魏樹禮
      內(nèi)燃機(jī)與配件 2021年12期
      關(guān)鍵詞:變速箱改造自動(dòng)化

      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。

      參考文獻(xiàn):

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

      [2]裝甲裝備維修工程構(gòu)造與使用[M].解放軍出版,2009.

      [3]孫偉,李維東,等.裝甲車輛構(gòu)造[M].2006,04.

      [4]閆青東,李宏才編著.裝甲車輛構(gòu)造與原理[M].2019,06.

      [5]梁朝彥主編.汽車構(gòu)造與維修,發(fā)動(dòng)機(jī)部分[M].2008.

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