某型号坦克变速箱自动化改造设计

魏树礼

摘要：针对退役某型号坦克，旧装备回收利用困难的问题，为下一步研究退役装备问题做导向，对某型号坦克操纵装置改造为自动化换挡机构，主要研究方向为变速箱换挡装置的改造。

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.

关键词：装备;变速箱;自动化;改造

Key words： equipment;transmission;automation;transform

中图分类号：E923.11                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0019-02

1  某型号坦克变速箱操纵装置构造特点及工作原理

采用定轴式变速箱的某型号坦克，其操纵装置中的变速控制器位于驾驶舱内，主要组成部分如下：①变速杆：变速杆的中部支撑在支承臂上，上端有球形握把和闭锁器握把，下端与连接轴相连。当变速杆沿挡片内的横槽移动时，连接轴可轴向移动;连接轴沿纵槽移动时可旋转。②挡位板：固定在套管右端的结合盘上挡位板上有纵、横格槽，纵格槽的前、后端，标有挡位记号。③支承臂：装在套管的右端，其上有环槽，挡位板卡入槽中。支撑臂只能在套管内旋转，但不可以做轴向移动。④套管：固定在车底装甲板上，其上有两个注油口及螺塞。⑤连接轴：装在套管内，一端与变速杆相连，另一端焊有拨杆，以拨动传动杆。⑥传动杆盒：固定在套管左端的结合盘上。传动杆盒内装有传动杆、闭锁器和限制器。左边的为四、五挡，右边的为二、三挡，通孔用来安装限制销。各传动杆的前端均有缺口，换挡时拨杆的一端进入缺口内，后端与传动杆相连，中部有三个闭锁弹子的梯形槽。

空心调整螺栓位于传动杆盒的右侧，钢丝绳从其中穿过。空心调整螺栓作为钢丝绳外套一端的支座，因此，拧入或拧出空心调整螺栓时，改变钢丝绳外套的弯度，以调整钢丝绳的工作长度闭锁器起闭锁作用，以防自动挂档和退档。

闭锁销、闭锁弹簧和闭锁弹子各有三个，分装在传动杆盒的三个垂直孔中。

上述锁紧槽设置在传动杆盒后部的孔内，轴的内端设有弧形槽，螺纹固定在箱体上的限位螺栓伸入该限位槽内，以防止轴向移动，并限制轴的转动角度。轴的中部有三个闭锁孔，当孔与闭锁销错开时，闭锁销就被顶住而不能下移，闭锁弹子将传动杆卡住，此处为闭锁。

2  改装过程中的原则及问题

2.1 改装原则

①不改变原先的驾驶员驾驶位置——不得影响驾驶员在手动档位下进行操纵杆的操纵和周围环境的观瞄。②不改变原车基本构造——紧扣发展性、经济性原则，尽量用最小的改装条件完成既定的改装任务。③改造后手动、自动操纵互不影响——实战条件下一旦自动化操纵装置出现故障，要及时实现手动操纵，不得影响既定条件下的作战任务。④普遍性、发展性原则——改造试验过程应当适用于大部分即将退役或部队现役装甲车辆。以便于充分的利用此次改造试验成果，确实提升退役旧装备的现代化作战水平。

2.2 现有问题

2.2.1 空间狭小

在不影响驾驶员驾驶的前提下改装空间非常小，只有330mm*150mm*130mm（長*宽*高），其中三根传动轴直径是25mm，各个传动轴之间间隙是 5mm，留给可改造的空间十分小，改装过程十分困难。

2.2.2 技术水平

在尽可能缩小液压缸体积的前提下设计的液压缸助力操纵装置是否能承受住换挡所需拉应力，花键加工精度能否满足各机构之间的配合。

2.2.3 液压助力装置的选取

液压装置设计三个完成既定任务最简便，也最容易实现三根传动轴的位移，且不容易相互影响。但是受到空间的限制，若安装三个液压装置，所需空间过大会使得驾驶椅无法正常打开及升降座，驾驶员的工作会受到影响。

2.2.4 机构设计

要用一个机构操纵三根传动轴，在考虑拉力的前提下，在工作过程中不能影响其余两根传动轴，不能同时换上两个档，并且液压件要保证密封不能漏油，这使得设计和加工的难度加大。

3  设计过程

3.1 变速箱操纵装置改装方案

3.1.1 闭锁器的改装

闭锁器的作用是通过与变速杆上握把上连接钢丝的拉紧与放松，控制闭锁器轴的转动，实现对各传动杆移动的开锁和闭锁。改装时在闭锁器轴右端加装步一个进电机，电机的外壳固定在闭锁轴盖上，电机轴连接在闭锁轴上。

通过控制线与电控单元相连，电机接收控制指令转动或停止，带动闭锁轴转动，实现闭锁器的开锁和闭锁。在原闭锁轴限制螺栓处加装行程开关（兼起限制作用），为控制步进电机提供信号。

3.1.2 传动杆的改装

传动杆改装基本原理是在传动杆下方加装液压阀和小电机实现自动换挡。具体做法是在三根传动杆合适位置焊接挡板，在下方液压阀活塞杆上焊接相应挡板，在活塞杆上合适位置加工合适长度的花键，通过一个小电机的输出轴齿轮与花键配合使活塞杆转动相应角度，实现对所需控制传动杆的选择，而后，通过液压装置控制液压阀活塞杆纵向位移，经电机输出轴转动使活塞杆挡板与所选纵拉杆挡板配合，带动传动杆运动，实现档位的选择。

人工驾驶时，通过控制小电机输出轴齿轮转动，使活塞杆随之转动至其挡板不影响传动杆正常纵向位移的位置，实现不影响人工驾驶的要求。

3.2 液压装置及其选择

变速箱操纵装置工作时承受拉力和压力，力大小不超过250N，行程不超过120mm;换算到传动杆上，受力大小不超过1000N，行程不超过30mm。活塞杆应能停于三个位置：最前、中间和最后。

由于液压阀要控制三根传动杆，而允许安装空间较小，宽度不超过150mm，高度不超过130mm，长度不超过340mm，为此采用一个液压阀，所选液压阀直径D=40mm，额定压力P=50MPa。

3.3 建模设计过程

3.3.1 功能分析

该装置主要实现功能是通过控制线与电控单元相连，电机接收控制指令转动或停止，带动闭锁轴转动，实现闭锁器的开锁和闭锁。然后液压阀活塞的径向运动带动变速箱的传动杆做径向运动，从而实现变速箱的换挡。电机齿轮与花键啮合，通过控制电机转动活塞杆转动，实现齿轮位置选择达到换挡的功能。

①挂挡时。通过控制线与电控单元相连，电机接收控制指令转动或停止，带动闭锁轴转动，实现闭锁器的开锁：

挂倒挡时：电机转动带动活塞杆使挡板转至中间传动杆位置，液压缸控制活塞杆向外推出，活塞杆挡板与传动杆上挡板配合带传动杆径向移动挂挡。

挂一档时：电机转动活塞杆使挡板转至中间传动杆位置，活塞向缸内移动，活塞杆上的挡板带动传动杆径向移动，挂上一档。

挂二挡时：电机通过花键与活塞杆啮合，电机转动带动活塞杆使挡板转至左侧传动杆挡板处，液压缸控制活塞杆向外推出挂上二挡。

挂三挡时：电机通过花键与活塞杆啮合，电机转动带动活塞杆使挡板转至左侧传动杆挡板处，液压阀控制活塞杆向缸内移动则挂上三挡。

挂四挡时：电机转动带动活塞杆转动使挡板转至右侧传动杆杆位置，活塞杆向外推出则挂上四挡。

挂五档时：电机转动带动活塞杆转动使挡板转至右侧传动杆位置，活塞杆向内移动挂上五挡。

一档换二档时：液压阀活塞通过挡板与中间传动杆结合推动传动杆向前移动，此时恢复空挡，然后电机转动活塞杆至左侧传动杆，活塞向缸内移动，带动左侧传动杆向后移动，挂上二档。

②手动操纵时。手动操纵时：人工驾驶时，手动驱动通过抓地器带动钢丝绳，带动锁紧轴转动，此时电机轴随动，不起作用。电机转动将活塞杆挡板转至左侧传动杆不与传动杆挡板接触，此时可以手动操纵传动杆进行换挡。

3.3.2 尺寸设计和材料选择

①液压缸选择。变速装置工作时既受拉力，又受压力，力大小不超过250N，行程不超过120mm;换算到传动杆上，受力大小不超过1000N，行程不超过30mm。活塞杆应能停于三个位置：最前、中间和最后。人工驾驶时活塞杆挡板与传动杆不接触，避免活塞往复运动减少漏油。切换为无人驾驶状态时应处于空档位置，此时活塞杆均位于中间位置。由于变速操纵油缸要控制三根传动杆，而允许安装空间较小，宽度方向不超过150mm，高度方向不超过130mm，长度方向不超过340mm，传动杆只能做径向运动，因此我们选用一个活塞式液压阀。

②活塞杆选择。因为活塞杆为主要受力部件因此需要保证杆的强度合适，不能发生弯曲变形，而且与油液缸体接触，需要耐磨耐腐蚀。活塞厚度L2=30mm，活塞杆光滑部分长度L3=95mm，带有花键部分长度L4=70mm，前端焊接挡板部分长度15mm。

③挡板选择。挡板是连接活塞杆与传动杆的关键，因为需要实现推动传动杆反复进行径向移动，所以挡板必须要能够承受推动传动杆的力，而且不能发生弯曲变形，不能折断，耐磨性好。活塞杆上挡板厚度H1=10mm高度h1=40mm，左侧传动杆挡板高度h2=30mm厚度H2=10mm，间距x=12mm，挡板位置向中间传动杆方向旋转20°，中间传动杆挡板高度h2=18mm厚度H2=10mm，间距x=12mm，右側传动杆挡板高度h2=30mm厚度H2=10mm，间距x=12mm，挡板位置向中间传动杆方向旋转20°。

4  变速箱操纵装置改造设计说明

本改造保持某型号坦克变速箱操纵装置整体、动力、传动装置基本结构状态，充分利用原车部、组件，最大限度减少对原车结构的改动量，降低改装施工难度，减少器材，场地和人力消耗。在驾驶舱内布设电机组、嵌入式液压油缸、液压动力单元等。

安装位置：在不影响驾驶员驾驶的前提下改装空间非常小，只有330mm*150mm*130mm（长*宽*高），其中三根传动轴直径是25mm，各个传动轴之间间隙是5mm，若安装在上面，则影响转动机操纵杆，左侧为坦克边缘装甲，右侧为驾驶椅，液压阀助力装置安装在传动轴下面较为合理。

部件选取：由于变速操纵油缸要控制三根变速纵拉杆，而允许安装空间较小，宽度方向不超过150mm，高度方向不超过130mm，长度方向不超过340mm，为此采用一个液压缸。选取电机型号尺寸时应充分结合其所在位置的空间大小尽量选取小的尺寸。

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