Dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu

Dziś kolejny wpis o czołgowych mechanizmach skrętu, przy czym tym razem na warsztat biorę dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu (dwustopniowy PMS). Dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu stosowany był często w czołgach radzieckich, przy czym u Sowietów dwustopniowy PMS zasadniczo zastąpił mniej nowoczesny mechanizm skrętu typu sprzęgła boczne. Dodam że u Sowietów dwustopniowy PMS wcześniej pojawił się w czołgach ciężkich, niż w czołgach średnich. Przykładowo, radziecki drugowojenny czołg ciężki IS-2 miał dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu, podczas gdy czołg średni T-44 z samego końca drugiej wojny światowej nadal skręcał dzięki sprzęgłom bocznym. Pierwszy produkowany seryjnie radziecki czołg średni z dwustopniowym PMS to powojenny T-54. Inne radzieckie czołgi z dwustopniowym planetarnym mechanizmem skrętu to T-55, T-62, IS-3, T-10. Również bojowe wozy piechoty BWP-1 i BWP-2 mają dwustopniowy PMS.

 

dwustopniowy_pms_uklad_napedowy_2

Na powyższym rysunku mamy układ napędowy zawierający dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu. Na rysunku widzimy silnik i skrzynię biegów, a pomiędzy nimi sprzęgło główne (cyfra 1) obsługiwane przez kierowcę pedałem sprzęgła- czyli na razie jest tak jak w typowym samochodzie osobowym z ręczną skrzynią biegów. Za skrzynią biegów znajduje się przekładnia stożkowa (cyfra 2). Dwa elementy oznaczone cyfrą 3 to przekładnie boczne, zwiększające moment obrotowy- jedna przekładnia boczna znajduje się po lewej stronie wozu, a druga po prawej. Dwa elementy oznaczone cyfrą 4 to koła napędowe. Pomiędzy przekładnią stożkową (element nr 2) a przekładnią boczną (element nr 3) mamy przekładnię planetarną, która pełni rolę mechanizmu skrętu. Przy czym na jeden czołg przypadają dwie przekładnie planetarne, które pełnią rolę mechanizmu skrętu- jedna przypada na lewą stronę wozu, a druga na prawą stronę wozu. Można więc powiedzieć że dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu to tak naprawdę dwa urządzenia, spośród których jedno współpracuje z gąsienicą lewą, a drugie z gąsienicą prawą. Dodam że na powyższym rysunku element oznaczony kolorem czerwonym to hamulec duży (główny), mający za zadanie hamować koszyk satelitów. Element oznaczony kolorem brązowym to hamulec mały (hamulec skrętu), hamujący koło słoneczne. Natomiast element zaznaczony na różowo to sprzęgło które łączy koło słoneczne z koszykiem satelitów.

dzwignia_mech_skret_kierowca_m
W radzieckich czołgach z dwustopniowym PMS za intefejs kierowcy służą dwie dźwignie mechanizmu skrętu. Lewa dźwignia obsługuje lewą przekładnię planetarną, a prawa dźwignia współpracuje z prawą przekładnią planetarną. Pozycja pierwsza dźwigni mechanizmu skrętu to zwykła prędkość gąsienicy. Pozycja druga to mniejsza prędkość gąsienicy. Natomiast pozycja trzecia to wysprzęglenie i całkowite zahamowanie gąsienicy.

 

mech_skret_grupa_2W czołgach z dwustopniowym planetarnym mechanizmem skrętu, przestawienie prawej dźwigni zmienia prędkość prawej gąsienicy, lecz nie ma wspływu na prędkość lewej gąsienicy. Tym samym jest to mechanizm skrętu należący do grupy drugiej- podczas wykonywania skrętu gąsienica wyprzedzająca ma taką samą prędkość jak podczas jazdy na wprost, a gąsienica wyprzedzana ma mniejszą prędkość niż podczas jazdy na wprost. Stąd też podczas skrętu prędkość kadłuba jest mniejsza niż podczas jazdy na wprost. Mechanizmy skrętu należące do grupy drugiej mają swoje wady i zalety. Co do wad, przy mechanizmie należącym do drugiej grupy prędkość czołgu podczas skrętu jest zasadniczo mniejsza niż przy mechanizmie skrętu grupy pierwszej. Co do zalet, mechanizmy skrętu grupy drugiej generują zasadniczo mniejsze obciążenie silnika podczas skrętu niż mechanizmy grupy pierwszej. Więcej o obu grupach mechanizmów skrętu tutaj oraz tutaj.

 

Jeśli czołg ma dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu, wtedy występują dwa główne promienie skrętu. Przykładowo, jeśli lewą dźwignię mechanizmu skrętu mieć w położeniu nr 1, a prawą przestawić w położenie nr 2, wtedy czołg zacznie skręcać w prawo poruszając się po pierwszym głównym promieniu skrętu. Podczas jazdy po pierwszym spośród dwóch głównych promieni skrętu, obie gąsienice poruszają się w tym samym kierunku (tyle że z różnymi prędkościami) i obie połączone są z układem przeniesienia mocy. Oznacza to że występuje rekuperacja mocy, czyli przekazywanie mocy z gąsienicy wyprzedzanej na wyprzedzającą. W opisanej sytuacji moc od silnika idzie na gąsienicę wyprzedzającą, gąsienica wyprzedzająca powoduje ruch kadłuba, ruch kadłuba powoduje ruch gąsienicy wyprzedzanej (ruch kadłuba przekazuje moc na gąsienicę wyprzedzaną), a moc z gąsienicy wyprzedzanej przekazywana jest na gąsienicę wyprzedzającą poprzez układ przeniesienia mocy. Następnie ruch gąsienicy wyprzedzającej znowu powoduje ruch kadłuba, ruch kadłuba ponownie napędza gąsienicę wyprzedzaną, moc z gąsienicy wyprzedzanej ponownie zostaje przekazana na gąsienicę wyprzedzającą (i tak dalej, i tak dalej, aż kierowca nie przestanie skręcać). Mamy więc krążenie mocy w układzie pojazd-podłoże. Jednocześnie gąsienica wyprzedzająca dostaje moc nie tylko od silnika, lecz również od gąsienicy wyprzedzanej. Silnik musi więc wygenerować mniejszą moc niż gdyby rekuperacji mocy nie było- występowanie rekuperacji mocy jest więc zaletą dwustopniowego PMS. Poniżej rysunek z książki Teoria ruchu pojazdu gąsienicowego, przedstawiający przebieg strumieni mocy w wozie z dwustopniowym PMS podczas skrętu po pierwszym spośród dwóch głównych promieni skrętu:

dwustopniowy_pms_krazenie_mocy

Tutaj nadmienię że w czołgach serii T-54/T-55, przy dźwigni mechanizmu skrętu ustawionej na pozycji drugiej, przełożenie przekładni planetarnej mechanizmu skrętu wynosi 1,42. Czyli na 1,42 obrotu koła pierścieniowego przypada 1 obrót koszyka satelitów. W czołgach T-54/T-55, jeśli (przykładowo) lewa dźwignia mechanizmu skrętu jest na pozycji pierwszej, a prawa na pozycji drugiej, promień skrętu wynosi około 9 metrów.

 

Jest jednak jeszcze drugi główny promień skrętu. Aby go uzyskać, należy jedną dźwignię mechanizmu skrętu mieć w położeniu nr 1 bądź w położeniu nr 2, a drugą dźwignię przestawić w położenie nr 3. Jeśli lewa dźwignia jest na pozycji pierwszej bądź drugiej, a prawa dźwignia jest na pozycji trzeciej, wtedy czołg zacznie skręcać w prawo poprzez obrót wokół unieruchomionej prawej gąsienicy (przestawienie prawej dźwigni mechanizmu skrętu na pozycję nr 3 wysprzęgli i dodatkowo zahamuje prawą gąsienicę). Przy wykonywaniu skrętu po drugim głównym promieniu dwustopniowy PMS działa tak jak mechanizm skrętu typy sprzęgła boczne- czyli w tym przypadku nie występuje rekuperacja mocy.

W przypadku dwustopniowego planetarnego mechanizmu skrętu wymiar dwóch głównych promieni skrętu nie zależy od przełożenia w skrzyni biegów. Pierwszy promień skrętu będzie taki sam niezależnie od tego czy kierowca wrzuci bieg pierwszy, czy może piąty. To samo tyczy się drugiego głównego promienia skrętu. Przy czym o ile teoretycznie drugi promień skrętu (obracanie czołgu wokół unieruchomionej gąsienicy) może być użyty niezależnie od wybranego biegu w skrzyni biegów, to zgodnie z pracą zatytułowaną Podręcznik czołgisty, w czołgach T-54/T-55 zakazane jest skręcanie z wykorzystaniem drugiego promienia skrętu, jeśli czołg porusza się na czwartym bądź też piątym biegu.

dwustopniowy_pms_skretPowyżej rysunek ilustrujący dwa główne promienie skrętu. Cyfra 1- jazda na wprost. Cyfra 2- skręt w prawo po pierwszym spośród głównych promieni skrętu (lewa dźwignia mechanizmu skrętu w położeniu nr 1, prawa w położeniu nr 2). Cyfra 3- skręt w prawo po drugim spośród głównych promieni skrętu (lewa dźwignia w położeniu nr 1 bądź w położeniu nr 2, prawa w położeniu nr 3, a tym samym obracanie się czołgu wokół całkowicie zahamowanej prawej gąsienicy).

 

Teraz bardziej szczegółowo opiszę budowę przekładnia planetarnej pełniącej rolę mechanizmu skrętu. Spójrzmy na poniższy rysunek- jest to prosta przekładnia planetarna:

dwustopniowy_pms_planet_kolor_m

Na rysunku powyżej, kolorem różowym zaznaczono koło pierścieniowe (koło o uzębieniu wewnętrznym, określane też czasem mianem wewnętrzne koło zębate). W czołgach z dwustopniowym PMS, koło pierścieniowe to element napędzający- czyli jest to element który otrzymuje moc z silnika i przekazuje ją dalej, na resztą elementów przekładni planetarnej. Element koloru żółtego to koło słoneczne. Dwa elementy koloru niebieskiego to satelity. Natomiast element koloru zielonego to koszyk satelitów- w czołgach z dwustopniowym PMS koszyk satelitów to element napędzany. Koszyk satelitów otrzymuje moc od koła pierścieniowego (poprzez satelity), a następnie koszyk satelitów przekazuje moc dalej- na przekładnię boczną, która to z kolei przekazuje moc na koło napędowe.

Przy dźwigni mechanizmu skrętu w położeniu pierwszym (zwykła prędkość gąsienicy), włączone jest sprzęgło które łączy koło słoneczne z koszykiem satelitów. Czyli na jeden obrót koła pierścieniowego, przypadaj jeden obrót koszyka satelitów (w tą samą stronę). Jeśli kierowca przestawi dźwignię mechanizmu skrętu z pozycji nr 1 na pozycję nr 2, wtedy następuje wyłączenie sprzęgła które ma za zadanie łączyć koło słoneczne z koszykiem satelitów. Jednocześnie następuje włączenie małego hamulca (hamulca skrętu), który to unieruchamia koło słoneczne. W takiej sytuacji obrót koła pierścieniowego powoduje obracanie się satelitów wokół koła słonecznego, a z kolei obracanie się satelitów generuje ruch koszyka satelitów. Przy dźwigni mechanizmu skrętu w położeniu nr 2, na jeden obrót koła pierścieniowego przypada mniej niż jeden obrót koszyka satelitów (choć nadal jest to obrót w tym samym kierunku). Czyli mamy włączone przełożenie zwalniające, które z jednej strony zmniejsza prędkość obrotową koszyka satelitów, a które z drugiej strony zwiększa moment obrotowy na koszyku satelitów. Oznacza to że przestawienie dźwigni mechanizm skrętu z pozycji nr 1 na pozycję nr 2 powoduje zarówno spadek prędkości gąsienicy, jak i wzrost siły pociągowej na gąsienicy. Jest jeszcze trzecia pozycja dźwigni mechanizmu skrętu. W tej pozycji wyłączone jest zarówno sprzęgło, jak i mały hamulec. Następuje jednak włączenie dużego hamulca (hamulca głównego), który ma za zadania hamować koszyk satelitów. Stąd też przy dźwigni mechanizmu skrętu w pozycji nr 3 gąsienica jest wysprzęglona i zahamowana.

 

Rysunek który zamieściłem powyżej przedstawia archetypiczną prostą przekłądnię planetarną. W rzeczywistości przekładnia planetarna pełniąca rolę mechanizmu skrętu w czołgach z dwustopniowym PMS wygląda mniej więcej tak jak na rysunku poniżej. Jest to rysunek z radzieckiej książki zatytułowanej Czołg:

dwustopniowy_pms_czolg_kolor_rys

 

Nadmienię że w czołgach z dwustopniowym PMS, duży hamulec, który ma za zadanie hamować koszyk satelitów podczas jazdy po drugim głównym promieni skrętu, pełni również rolę hamulca podczas ruchu prostoliniowego. Czyli podczas jazdy na wprost można zahamować czołg poprzez przestawienie oby dźwigni mechanizmu skrętu na pozycję nr 3. Należy zaznaczyć że taki sposób hamowania powoduje niejako automatyczne wysprzęglenie gąsienic- stąd też aby hamować czołg bez wysprzęglania gąsienic, należy użyć pedału hamulca. Użycie pedału hamulca aktywuje te same hamulce (duże hamulce) które są aktywowane poprzez przestawienie obu dźwigni mechanizmu skrętu na pozycję nr 3. Oczywiście, zakładając że pedał hamulca jest. No i tutaj ciekawostka, radzieckie czołgi średnie z dwustopniowym PMS zasadniczo pedał hamulca mają (T-54/T-55, T-62), jednak w radzieckich czołgach ciężkich z takim mechanizmem skrętu zazwyczaj pedału hamulca nie było (IS-2, IS-3, T-10). Ergo, w wielu radzieckich czołgach ciężkich można było hamować czołg jedynie poprzez użycie dźwigni mechanizmu skrętu, co oznacza że w wielu radzieckich czołgach ciężkich nie można było hamować bez wysprzęglania gąsienic. Więcej na ten temat tutaj.

 

Jak już wspominałem, w czołgach z dwustopniowym PMS, przestawienie dźwigni mechanizmu skrętu z pozycji pierwszej, na pozycję drugą, powoduje nie tylko spadek prędkości gąsienicy, lecz również wzrost siły pociągowej na gąsienicy. Oznacza to że dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu można wykorzystać w charakterze reduktora zwiększającego siłę pociągową na gąsienicach- wystarczy obie dźwignie mechanizmu skrętu przestawić na pozycję drugą, aby czołg poruszał się prostoliniowo, lecz z większą siłą pociągową na gąsienicach. Jednak według posiadanych przeze mnie informacji, dwustopniowy planetarny PMS stosowany w czołgach radzieckich, nie był przystosowany do długotrwałej pracy z dźwignią mechanizmu skrętu przestawioną na pozycję drugą. Ergo, w radzieckich czołgach z dwustopniowym PMS można przestawić obie dźwignie mechanizmu skrętu na pozycję drugą, aby zwiększyć siłę pociągową na gąsienicach, lecz jedynie na krótko. Oto dwa cytaty z pracy zatytułowanej Podręcznik czołgisty. Cytaty tyczą się mechanizmu skrętu stosowanego w czołgach T-54/T-55:

 

Zaciągnięcie obu hamulców skrętu (obie dźwignie kierowanie w drugim położeniu) daje zwiększenie siły pociągowej na kołach napędzających. Ze względu na grzanie się PMS w tym położeniu (poślizg tarcz ciernych sprzęgła blokującego) jednorazowe pokonanie odcinka drogi ogranicza się do 250 m…

…Małe przeszkody (doły, nasypy, strome, ale krótkie podjazdy) można pokonywać bez zmiany biegu na niższy, używając planetarnych mechanizmów skrętu jako przekładni zwalniającej. Długość odcinka nie powinna przekraczać 100-150 m.

 

Dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu ma prawie same zalety względem sprzęgieł bocznych. Nie dość że dwustopniowy planetarny PMS zapewnia zdecydowanie mniejsze straty mocy podczas wykonywania skrętu, to jeszcze dodatkowo przy pomocy dwustopniowego planetarnego mechanizmu skrętu można wykonywać tak samo ciasne skręty, jak przy pomocy sprzęgieł bocznych. Dwustopniowy PMS jest jednak bardziej skomplikowany od sprzęgieł bocznych.

 

Nadmienię że na blogu Tankograd, we wpisie o czołgu T-54, rozdział zatytułowany Transmission jest w dużej mierze mojego autorstwa- przy czym rozdział zamieszczony na blogu Tankograd jest w sumie zmodyfikowaną wersją tego wpisu.

Dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu

2 uwagi do wpisu “Dwustopniowy planetarny mechanizm skrętu

  1. Hurgot Sztancy pisze:

    a co to za miesięczna posucha? mam nadzieję, że w święta odsapniesz i nabazgrasz coś nowego! więcej odwagi, natchnienia i pomysłów z okazji Świąt życzę!

    Polubienie

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Google

Komentujesz korzystając z konta Google. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s