履帶式坦克的原理是什么?

【專家解說】：采用履帶行走，就象給坦克鋪了一道無限延長的軌道一樣，使它能夠平穩(wěn)、迅速、安全地通過各種復(fù)雜路況.由于接地面積大，所以增大了坦克在松軟、泥濘路面上的通過能力，降低了下陷量。由于履帶板上有花紋并能安裝履刺，所以在雨、雪、冰或上坡等路面上能牢牢地抓住地面，不會滑轉(zhuǎn)。由于履帶接地長度達4～6米，誘導輪中心位置較高，所以通過壕溝、垂壁的能力較強，一般坦克的越壕寬度可達2～3米，可通過1米高的垂直墻。履帶還有一個特殊功能，在過河時，采取潛渡，在河底行走；若是浮渡履帶可以象螺旋槳一樣產(chǎn)生推進力，驅(qū)使車輛前進。 坦克重量大,用履帶的話可以減小單位面積壓力,對路面的要求可以小點.且防御性能和越野性能比輪式要好,輪式結(jié)構(gòu)比履帶簡單,一般都用于輕裝甲車輛,公路速度比履帶車輛好.維護方面也比履帶簡單得多,要收緊那該死的坦克履帶當過坦克兵的都是到是件頭大的事. 輪式車輛主要是為了在平坦的公路上行駛,而再戰(zhàn)場上是沒有平坦的道路,只有各式各樣的路況.為了面對各種路況,而采用履帶式車輛.這種車輛的好處是,抓地力強,可以減小坦克對路面的壓力,防止陷入路面下,再懸掛系統(tǒng)方面要比輪式車輛要好,這樣可以使坦克在各種路況下,行駛的的更平穩(wěn).由于輪胎對氣壓要求比較高,有時也很容易出現(xiàn)暴胎,對作戰(zhàn)有很大影響.輪胎和容易陷入泥濘的路面,但是履帶就不會陷入,由于它與地面的接觸面積要遠遠大于輪胎與地面的接觸面積, 所以它就不會陷入泥濘的路面.因此對于坦克來說要采用履帶式而不用輪式. 坦克號稱“陸戰(zhàn)之王”，在機械化戰(zhàn)爭時期堪稱陸地戰(zhàn)場的主宰力量。坦克之所以具有這樣重要的地位都源自于它的三大性能：強大的火力、高度的機動性和良好的防護力。與三大性能相對應(yīng)，坦克總體上由幾大系統(tǒng)構(gòu)成：武器系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、防護系統(tǒng)和通信設(shè)備等。履帶就屬于坦克推進系統(tǒng)的行動裝置。如果說坦克是陸戰(zhàn)之王，那么履帶就是陸戰(zhàn)之王的雙腳。 托起坦克的鋼鐵“路面” 雖然坦克火力強大、刀槍不入，但是如果沒有了履帶，坦克寸步難行，在野戰(zhàn)條件下更是如此。正是有了履帶，坦克才能夠在各種復(fù)雜地形行動自如。坦克的行動裝置由履帶和懸掛裝置兩部分組成。履帶和懸掛裝置共同支撐坦克的車體。其中履帶負責實現(xiàn)坦克運動，并保障坦克平穩(wěn)行駛，以及通過各種復(fù)雜難行地面和各種障礙物。 從構(gòu)成來看，履帶由一些履帶板相互鉸接而成，是一個把行駛裝置的車輪包繞在里面的環(huán)形圈帶，因此，履帶就好像是隨時托起坦克的鋼鐵路面。由于這個鋼鐵路面比一般的路面平整，因此能改善行駛平穩(wěn)性。 從技術(shù)的角度來看，履帶的作用是借助與其嚙合的主動輪傳遞驅(qū)動力矩或制動力矩，依靠與地面的相互作用產(chǎn)生牽引力或制動力。負重輪支撐的戰(zhàn)斗總質(zhì)量緊緊壓在下支履帶上，能增大下支履帶與地面的接觸面積，而履帶上的花紋能增加其附著性能。 看似平常而內(nèi)藏玄機 履帶看起來非常簡單，就是一條鋼鐵帶子。但是如果仔細研究，履帶的結(jié)構(gòu)也是相當復(fù)雜的。如果從外形來區(qū)分，履帶大致可以分為整體形、組合形和帶狀形三種形式。整體形履帶是利用鑄造或鍛造方法來制作的，生產(chǎn)率不高，但接地部分的形狀比較容易決定。組合形履帶各個部件的形狀比較簡單，生產(chǎn)率較高，而且也很適合嵌入很多橡皮襯墊。所以組合形履帶已成為現(xiàn)代坦克履帶的主流。帶狀形履帶具有重量輕的特點，但其不足之處是強度落后于整體形和組合形履帶，因此它只能在雪地車等特殊車輛，以及重量較輕的車輛上使用。 從結(jié)構(gòu)來看，坦克履帶也并非看起來那么簡單。為了使坦克行駛起來，履帶還需要與其它一些附件共同發(fā)揮作用才能解決行駛過程中可能遇到的各種復(fù)雜情況。這些與履帶共同工作的裝置就是“附屬裝置”，主要包括保護路面的橡膠墊，雪地行駛用的防滑鏈，以及濕地行駛時減少接地壓力的輔助履帶。 如果按照制造材料分，履帶可分為金屬履帶和掛膠履帶。履帶板和履帶銷全部由高強度耐磨合金鋼制成的稱為金屬履帶。金屬履帶結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、造價低，但著地面的凸起金屬履刺會損壞行駛路面，水和泥沙容易進入敞開式金屬鉸鏈，造成銷子和銷耳迅速磨損，這樣會使坦克的機動性能下降，影響行駛效率和縮短履帶使用壽命。為解決上述問題，設(shè)計人員在履帶著地面上加裝了橡膠塊，并在鉸鏈的金屬銷和銷耳之間壓入橡膠襯套。這樣就被改進為掛膠履帶，性能和使用壽命都有所提高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價高。 美國是第一個用加入橡膠塊的方式改進坦克履帶的國家，首先使用的是直接在金屬板上硫化橡膠的掛膠履帶板，隨后又發(fā)展成可更換橡膠塊的掛膠履帶板。后者先將膠塊硫化在有足夠剛度的沖壓鋼質(zhì)底板上，然后插在金屬履帶板體上，或用螺栓與金屬板體連接。有些履帶還在負重輪滾道面上鋪設(shè)橡膠墊，以減小沖擊和噪聲，但增大了行駛阻力，加重了負重輪膠胎的熱負荷，同時也增加了履帶的重量。 為提高履帶鉸鏈的使用壽命，二戰(zhàn)后美國使用了橡膠金屬鉸鏈，其結(jié)構(gòu)有單銷和雙銷之分。對單銷鉸鏈履帶板來說，需在同孔徑的每個耳孔壓入一個膠套，膠套直接硫化在外為圓柱面、內(nèi)為等邊棱柱的鋼套外圓柱面上，相鄰履帶板的板耳沿履帶寬相間排列，用與鋼套內(nèi)孔相配的棱柱鋼銷穿在一起。雙銷履帶銷為圓形鋼棍，兩端有與端連器固接的結(jié)構(gòu)。在銷上粘接膠套并硫化，然后壓入板體耳孔之中，相鄰履帶板的銷子用端連器固接成一體。膠套外徑大于銷耳孔徑，靠過盈阻止膠套與耳孔接觸面的相對運動，由膠套扭轉(zhuǎn)變形實現(xiàn)銷子與耳孔的相對轉(zhuǎn)動。雙銷鉸鏈膠套承壓面積比單銷鉸鏈大，膠套轉(zhuǎn)角僅為單銷的一半，負載小，缺點是質(zhì)量較大。當膠套失效，板體耳孔磨損尚小的時候，還可以更換膠套繼續(xù)使用。 提高機動性能的關(guān)鍵因素 履帶重量過重會影響發(fā)動機功率和車輛重量的比值，即降低車輛的噸功率，結(jié)果是降低加速性能，增加燃料消耗，降低行駛平順性，縮短車輛懸掛裝置的使用壽命并增加維修和后勤工作量。早期坦克使用由骨架式金屬履帶板和簡單的履帶銷連接起來的鉸鏈式履帶，在坦克高速行駛時，高速旋轉(zhuǎn)的履帶環(huán)需消耗較大的發(fā)動機功率。據(jù)國外通過路試法測試，履帶消耗功率約占主動輪和地面間功率損失的50％～60%，且越野行駛比在良好路面行駛所需功率高出達270％。 為了減少履帶的功率損失，有效的措施是減少履帶金屬板體的重量。設(shè)計履帶金屬板體時，在有效的重量范圍內(nèi)為保證履帶金屬板體剛強度，采取框架結(jié)構(gòu)或連接筋加強結(jié)構(gòu)是最有效的方法。其中縱向筋增加縱向剛度、強度和橫向附著，橫向筋增加橫向剛度、強度和縱向附著。 坦克要求對各種路面的適應(yīng)性均較高，其履帶不僅需提供良好的縱向附著力，還需提供防止車輛側(cè)滑的橫向力。因此，履帶著地筋在保證足夠的縱向附著力的情況下，設(shè)計成45°“八字筋結(jié)構(gòu)可同時解決有效控制重量、提供足夠的橫向縱向剛強度和橫向力的問題。著地筋高度一般從鉸鏈軸線算起取1/3履帶節(jié)距，過大會增加地面的變形阻力，過小會降低履帶對地面的附著性能。著地筋的厚度保證在與地面的接觸區(qū)內(nèi)的平均壓力為5～9兆帕，一般厚度為8～10毫米。 在野外環(huán)境行駛時，著地筋對于確保坦克的機動性而言非常重要。因為對車輛運動來說，最為關(guān)鍵的障礙物是土壤。因為車輛必須在土壤，包括泥濘地、砂、粘土、雪上行駛，并利用它產(chǎn)生足夠的推進牽引力。而對特定的地形而言，只有在某種最大沉陷量時，土壤才能支撐車輛，并有足夠剪切強度，使車輛產(chǎn)生的牽引力大于運動阻力，才能令人滿意地使車輛通過。土壤的剪切強度反映它抵抗變形的能力，表示土壤負荷部分與其相鄰的非負荷部分不發(fā)生滑動的能力。 對于不同的履帶著地面形狀，土壤變形及破壞形式不同。帶著地筋的履帶板土壤變形體積較平面履帶板大，在土壤土粒與土粒之間抗剪切強度相同的情況下，體積大的部分提供的附著力就大，且在一定的牽引力條件下，土壤不容易出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)。當車輛所需牽引力大于土壤的抗剪切阻力時，土壤發(fā)生局部剪切破壞造成履帶滑轉(zhuǎn)，這時履帶沿著剪切表面，帶著泥土從車輛的前部往車輛的后部滑動，這種“挖土”現(xiàn)象引起沉陷。對于履帶車輛，車輛后部產(chǎn)生的沉陷比前部的大。因為履帶著地段前部的土壤移動量是從零開始的，在著地段最后端達到最大值。由于滑轉(zhuǎn)，從履帶底下帶走的泥土數(shù)量隨履帶的光滑程度和滑轉(zhuǎn)不同而不同。當履帶產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)時，著地筋像葉輪葉片一樣挖走大量泥土，而且部分土壤由于履帶的壓實作用附著在履帶的表面，影響后續(xù)行駛過程的附著力。 在履帶旋轉(zhuǎn)過程中，一部分土壤會隨履帶轉(zhuǎn)動而脫離地面。為保證履帶與地面的有效附著，對履帶的自潔能力和便于人工清除履帶板上的泥沙提出了一定的要求。當八字著地筋反向布置時能減輕土壤的壓實程度，可實現(xiàn)履帶的自潔和便于人工清理。