坦克的“铁脚板”——履带的设计与保养

良陆海 2025-04-09 03:19:38

美军M1系列坦克使用双板双销履带,滚道面及着地面均有挂胶。早期的滚道面及着地面挂胶直接硫化在履带板上,由于着地面挂胶寿命较短,后期改为螺栓固定可拆解结构,方便更换

和轻巧的汽车相比,看似笨重的坦克却有着令人惊异的通过性能,让汽车望而却步的松软地,坦克却能能健步通行;3米多宽的壕沟,坦克能毫不犹豫地一跃而过;30度的陡坡、1米左右的垂直墙,依旧难不倒坦克。个中奥妙,在于坦克有副“铁脚板”——履带。

“帮手”众多

履带是由一些履带板相互铰接而成,由主动轮驱动,围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性环形圈带,好似一条随时托起坦克的“钢铁路面”。由于这条“钢铁路面”比一般的路面平整,因此能改善坦克行驶的平稳性。当然,履带最大的作用是增大坦克与地面的接触面积,在减少压强的同时增大附着力,提高坦克的通过能力。

履带主要由履带板、履带销及一些附属机件组成。作为坦克行走装置的一部分,履带要想发挥作用,就必须和主动轮、诱导轮、负重轮、履带调整器等相互配合。履带销将各履带板连接起来构成履带链环。从技术的角度来看,履带的作用是借助与其啮合的主动轮传递驱动力矩或制动力矩,依靠与地面的相互作用产生牵引力或制动力。负重轮支撑的战斗总质量紧紧压在下支履带上,能增大下支履带与地面的接触面积,而履带上的着地纹能增加其附着性能。

由于坦克主动轮的扭矩很大,而诱导轮又安装在1米以上的高度,因此坦克有别的车辆一般不具备的翻越1米左右垂直墙的能力。由于履带构成一个封闭的整体,现代坦克又有5~7对负重轮,因此只需要一半的履带承重就可以稳定行驶,这样坦克就能直接越过3米左右的壕沟。

多数履带板的两端有孔,与主动轮啮合,中部有诱导齿,用来规正履带,并防止坦克转向或侧倾行驶时履带脱落,在与地面接触的一面有加强防滑筋(俗称花纹),以提高履带板的坚固性和履带与地面的附着力。

诱导轮和履带调整器是现代坦克行走装置必不可少的部件。诱导轮由轮毂、轮盘、滚珠轴承、轮轴盖、固定螺帽、双排滚珠轴承、支撑杯和回绕挡油盖等组成。作为从动轮,诱导轮的作用是诱导和支撑履带,并与履带调整器一起调整履带的松紧程度。

主动轮由轮毂、齿圈、带齿垫圈、锥齿杯、固定螺帽和止动螺栓组成。它通过齿轮和履带啮合,将侧减速器传来的动力传给履带,从而让坦克运动。

负重轮用来承受坦克的重量和规正履带。它由轮毂、轮盘、胶带、滚珠轴承、轮轴盖、固定螺母、回绕挡油盖等组成。负重轮数量多,可使每个轮子所承担的重量小,对地面的压力分布均匀,有利于提高坦克的通行性能。

采用中小直径负重轮的坦克两侧,一般都会增设托带轮。其主要作用是托着上支履带,减少履带的振荡,让坦克行驶更平稳。

履带的张紧程度对坦克行驶和履带寿命有较大影响。履带过紧或过松都不好。不同的使用环境要求履带有着不同的松紧度。如在坚硬路面上行驶时,应将履带收紧;在沙漠地区行驶时,则应让履带松驰些。有些坦克在两侧履带板节距基本相同的条件下发生偏驶,就是由于两侧履带松紧程度不一致而造成的。履带较松一侧的下支履带松弛,它传递的动力将不断地落后于紧的一侧履带,所以运动速度要低于紧的一侧的履带运动速度,从而造成坦克装甲车辆的偏驶。偏驶后,坦克的平均运动速度降低,驾驶员不得不经常修正行驶方向,不仅容易疲劳,而且会加速转向机构的磨损。而随着履带销和销耳磨损的增加,履带也会变松。为了保持履带的适当张紧度,需要用履带调整器来调节履带的松紧。

以色列“梅卡瓦”主战坦克坚持采用结构简单的单销履带

履带调整器由支架、曲臂、轴套、蜗轮、蜗杆、螺杆、摩擦片和衬套等组成。它主要靠改变诱导轮相对于主动轮的距离来改变履带的张紧度。使用履带调整器前,先要解脱其锁紧装置,然后转动调整器的蜗杆蜗轮,通过曲臂和诱导轮使履带松紧程度发生变化。履带调整器使诱导轮向后摆动到某一位置,诱导轮就远离主动轮,于是履带被张紧;履带调整器使诱导轮向前摆动到某一位置,履带就变得松些。当履带调整器已经调至最大极限,而履带的松紧程度仍不能满足要求或坦克未安装履带调整器时,也可用改变履带板数目的方法进行调整。履带松时拆掉一定数目的履带板。反之则可以增加一定数目的履带板。不过,除非万不得已,否则的话还是让坦克两侧履带板的数量保持相等为好。

单双之别

按照制造材料分,履带可分为全金属履带和金属挂胶履带。

履带板和履带销全部由高强度耐磨合金钢制成的称为全金属履带。全金属履带结构相对简单、造价相对低廉,越野性能好,而且必要时还可以给履带装上防滑履刺,以进一步增强其在恶劣战场环境下的通过能力。全金属履带最大的缺点,是公路行驶时易对路面造成严重破坏,水和泥沙也容易进入敞开式金属铰链,造成履带销和销耳迅速磨损,影响行驶效率和缩短履带使用寿命。

为解决上述问题,设计人员在履带外侧加装了着地胶块,并在铰链的金属销和销耳之间压入橡胶衬套,从而改进出金属挂胶履带。这种履带的履带销和销耳之间无直接摩擦,扭转时只有橡胶套环产生弹性扭转,因此噪音低,寿命长。当然,因为结构相对复杂,造价也水涨船高。

除此之外,履带还有单销和双销之分。相邻两块履带板使用一根履带销连接的履带称为单销履带,相邻两块履带板使用两根履带销连接的履带称为双销履带。

大多数单销履带的履带板开有与可与主动轮啮合的啮合孔,以便主动轮驱动履带。但也有不少例外。例如,T-34坦克采用板齿啮合的结构,直接通过主动轮与诱导齿啮合驱动履带。T-72坦克采用板孔啮合的结构,通过主动轮与履带边缘啮合,履带板上也没有啮合孔。

大多数单销履带都是单型结构,也就是说每一块履带板的结构都是相同的,但也有一些履带是双型结构。例如,“虎王”坦克的履带就可分为接地履带板和连接履带板。只有接地履带板才有啮合孔、诱导齿、着地筋,连接履带板只负责接地履带板之间的连接。T-34的履带也是双型结构,只有一半的履带板有诱导齿。现代坦克履带基本都是单型结构。

单销履带大部分为整体铸造成型,具有结构简单、成本较低的优点,但由于履带使用中履带销摩擦面积和转动角度均较大,金属磨损较快。当销耳磨损变大时,履带长度会增加,超出一定值后就无法使用,因此寿命仅有3000千米左右。此外,铸造履带刚度较差,容易出现弯曲折断等故障,因此战后各国主战坦克发展到第三代后,单销履带基本被淘汰。但以色列“梅卡瓦”系列主战坦克却是个罕见的例外。该国及其周边狭窄的地幅决定了战场空间较小,对履带寿命要求不高,因而更看重简单的履带结构带来的勤务便利性,因而该国最新型“梅卡瓦”4主战坦克仍沿用了金属单销履带。非但如此,连美国军援以色列的M60A3型主战坦克,以色列在将其升级改装成“马加奇”6B主战坦克时,也将原版的双销履带换成了金属单销履带。

双销履带主要的摩擦位置是端连器/中连器和履带销之间,且履带销运动角度较小,磨损较小,寿命较长。双销履带的履带板多为锻造成型,重量较轻,刚度较大,不易损坏。左右两块履带板相互独立的称为双板双销履带,互为一体的称为单板双销履带。

双销履带的拆卸安装和日常保养不需要将履带销与履带板分离的,仅需要将端连器和中连器拆除即可。中连器上设有着地筋和诱导齿,着地筋中设有凹槽,诱导齿为实心结构。端连器位于履带板两侧,中部设有螺孔,使用螺丝紧固,紧固后当履带运动时,履带板与履带销相对静止,端连器/中连器与履带销发生摩擦,发生磨损后只需要更换端连器/中连器即可。

T-72坦克为了降低成本,使用全金属单销履带。实际使用中这款履带的性能并不理想

T-64坦克使用了履带销挂胶技术,橡胶圈被黏结在履带销上,并且被一起压入履带销耳内,其紧度要求达到橡胶圈在销耳内即使有足够大的摩擦力也不能转动的程度。组装好的铰链上,橡胶可填满销耳的全部空间。双销履带基本都采用该技术

战后发展的双销履带基本都采用了履带销挂胶技术。橡胶圈被黏结在履带销上,并且被一起压入履带销耳内,其紧度要求达到橡胶圈在销耳内即使有足够大的摩擦力也不能转动的程度。这种双销式销耳挂胶履带避免了金属摩擦的声音,减少了摩擦损耗的功率,提高了坦克行驶速度,还可以保持履带板节距不变或少变,改善履带和主动轮齿的啮合质量,并可将履带寿命延长至4000~8000千米。

一些双销履带的履带板在背面增加了滚道挂胶,能有效减缓冲击,降低对负重轮外胶圈的压力,减小它的变形和发热,但同时会使负重轮在履带上的滚动阻力增大约25~50%。一些双销履带的履带板上硫化了滚道挂胶。一些双销履带可加装着地胶块,使用螺栓固定,并采取巧妙的结构将螺栓固定部位避开负重轮滚道。加装着地面胶块后,可避免坦克履带破坏公路路面,并可减小履带与地面接触时的撞击噪音,非常适合阅兵或公路机动等场合。拆下着地面胶块后,履带便可直接作为金属履带使用。当然,也有一些双板双销履带的着地面胶块是直接硫化在履带板上的,所以金属履带正面未设着地筋。

美军M1“艾布拉姆斯”系列坦克使用双板双销履带,滚道面及着地面均有挂胶。早期的滚道面及着地面挂胶直接硫化在履带板上。由于着地面胶块使用寿命在3000小时左右,远较履带寿命短,因此后期将着地面挂胶改为螺栓固定可拆解结构,方便更换。

德制“豹”2系列坦克使用单板双销履带,其结构更加简单,拆装方便。诱导齿集成在履带板上,使用金属滚道面,着地面挂胶为插片式,先将其硫化在金属片上,再将金属片从两侧横向插入履带板预制插槽内,如此结构更方便更换。在复杂地形上行驶时,还可将着地面胶块拆下,换上X型着地筋插片,以增强坦克的越野机动能力。

英国“挑战者”2坦克采用的单板双销履带与“豹”2极为相似,其着地面挂胶也为插片式结构,但它的特色是直接硫化在履带板上的滚道面挂胶面积较小且厚度较薄,这是因为其负重轮直径较大的缘故。

设计要求

履带作为金属件,需承载坦克的战斗全重,因而自身重量也很可观。美制M1系列主战坦克因为战斗全重较高,因而单条履带重达2050千克。俄制主战坦克的战斗全重小于同时代的美制坦克,因此履带重量也相对轻些,但从T-64、T-72发展到T-80,其战斗全重不断增加,单条履带重量也水涨船高,分别为1461千克、1723千克和1784千克。

履带重量过重会影响坦克的单位功率,增大燃料消耗,缩短坦克悬挂装置的使用寿命并增加维修和后勤工作量。有试验表明,履带消耗功率约占主动轮和地面间功率损失的50%~60%,且越野行驶比在良好路面行驶所需功率高出270%。

减少履带功率损失的最有效途径是降低履带板的重量。设计履带板时,应在保证履带金属板刚强度的前提下,尽可能采用框架结构或连接筋加强结构。其中,纵向筋可增加纵向刚度、强度和横向附着;横向筋能增加横向刚度、强度和纵向附着。

坦克要求对各种路面的适应性均较高,其履带不仅需提供良好的纵向附着力,还需提供防止车辆侧滑的横向力。因此,履带着地筋在保证提供足够的纵向附着力的情况下,设计成45度八字筋结构可同时解决有效控制重量、提供足够的横向纵向刚强度和横向力的问题。但是,着地筋高度过大会增加地面的变形阻力,过小会降低履带对地面的附着性能,因此其高度一般8~10毫米左右。

在野外环境行驶时,着地筋对于确保坦克的机动性而言非常重要。因为对车辆运动来说,最为关键的障碍物是土壤。因为车辆必须在土壤,包括泥泞地、砂、粘土、雪上行驶,并利用它产生足够的推进牵引力。而对特定的地形而言,只有在某种最大沉陷量时,土壤才能支撑车辆,并有足够剪切强度,使车辆产生的牵引力大于运动阻力,才能令人满意地使车辆通过。土壤的剪切强度反映它抵抗变形的能力,表示土壤负荷部分与其相邻的非负荷部分不发生滑动的能力。

不同的履带因着地面形状的不同,致使土壤变形的程度也不尽相同。带着地筋的履带板较平面履带板更能让土壤产生形变。在土壤土粒与土粒之间抗剪切强度相同的情况下,土壤的形变越大,所能提供的附着力就大,且在一定的牵引力条件下,土壤不容易出现滑转。当车辆所需牵引力大于土壤的抗剪切阻力时,土壤发生局部剪切破坏造成履带滑转,这时履带沿着剪切表面,带着泥土从坦克的前部往后部滑动,这种“挖土”现象易引发坦克沉陷,而且坦克后部产生的沉陷比前部的大。因为履带着地段前部的土壤移动量是从零开始的,在着地段最后端达到最大值。由于滑转,从履带底下带走的泥土数量随履带的光滑程度和滑转不同而不同。当履带产生滑转时,着地筋像叶轮叶片一样挖走大量泥土,而且部分土壤由于履带的压实作用附着在履带的表面,影响后续行驶过程的附着力。

坦克履带具有自清淤功能,但长时间行驶在泥地时,履带内侧会积淤泥,如不及时清理,会挤爆履带发生履带脱轨等事故。在经过长时间野外行军后,需要对履带和负重轮进行清淤作业

清淤组装

在履带旋转过程中,一部分土壤会随履带转动而脱离地面。为保证履带与地面的有效附着,对履带的自清淤能力和便于人工清除履带板上的泥沙提出了一定的要求。当坦克行驶在泥地中时,履带内侧会聚集淤泥,如不及时清理,会挤爆履带发生履带脱轮等事故。

为了提高履带的清淤能力,T-64履带板上开有圆孔,T-80履带板上的诱导齿为空心结构,这些举措在减轻履带板重量的同时,还提高了排淤能力。研究表明,45度“倒八字”结构的着地筋能减轻土壤的压实程度,易实现履带的自清淤和便于人工清理。

不过,纵使坦克履带有一定的自清淤功能,但坦克在经过长时间野外行驶后,乘员组仍需对履带和负重轮进行清淤作业。

由于坦克比较重,长时间行军后,履带中的泥土会被压得很实。为了将嵌入履带凹槽内的实土清除,用榔头敲不失为一个简单可行的方法,但最有效的方法还是摔履带,将履带板上淤积的大部分泥土摔出后,再用清水冲洗。每块坦克履带板的重量大体在20~30千克之间,对成年男子来说摔一块不算有多难。但现代坦克每条履带的履带板数量在80块左右,乘员组仅有3~4人。因此摔履带这活儿不仅累人,而且还特别容易砸到自己的脚,故而这活儿与换电瓶、擦炮膛并称坦克兵“三大累活”。

需要指出的是,若想摔履带板清淤,先得把履带拆散了,事后再装履带还原。拆履带比较容易,用一根专用的杆状工具将主动轮之后的某块履带板的履带销敲出来,然后让坦克开倒车(主动轮前置的坦克需要往前开),就可将履带铺平并让坦克开下履带。接下来就可以逐个敲出履带销,将整条履带拆散架了。

和拆散相比,将履带还原的难度可就大得多了。首先得在地面上将一块块履带板和履带销连接起来,成为一个整体。接下来,如果只是还原单侧履带,就得靠另一侧履带将坦克拉上待安装的履带。如果是同时还原双侧履带,就只能用另一辆坦克或牵引车将坦克拉上两条待安装的履带了。坦克就位后,得在履带前端连根钢索,让钢索越过诱导轮缠绕在主动轮上,并人工张紧,驾驶员挂倒挡(主动轮前置的坦克需要挂前进挡),让主动轮倒转,牵引钢索将履带拉向坦克。因为车内的驾驶员看不到一侧的履带,需要一名乘员站在车头指挥。同时需要一名乘员用撬棍将履带一端用力顶起,保证履带从托带轮上面越过。

这个顶履带的活儿非常不好干。因为履带非常重,单条履带的重量大体在1.5~2吨。当履带掠过一个托带轮后受到重力影响会下垂,在过下一个托带轮前完全要靠人力将其抬起,体能消耗非常大。如果坦克将排气管安装在侧面,负责抬履带的人还得吃尾气。

当履带被牵引至主动轮并与主动轮啮合时,累活儿就已经完成了,剩下的就交给主动轮了。主动轮会继续将履带拉直绷紧。最后利用一个张紧器将履带拉到最紧。如果是单销履带,只要将最后一根履带销打进去并固定好,如果是双销履带就将端连器/中连器装好就行了。

以上是通常情况下坦克复原履带的方法。当然,理论上也可以先由众人合力将履带后端抬起,使之与主动轮啮合,然后开前进挡让主动轮将履带向前推。不过,采用这个方法仍然需要人工将履带的一端向前拖曳,需要的力气比较大,通常一个人无法完成。

★ 忘情

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良陆海

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