СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОХОДИМОСТИ ДВИЖИТЕЛЯ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ И УСТРОЙСТВО ДВИЖИТЕЛЯ ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ
METHOD FOR IMPROVING MILITARY EQUIPMENT PROPULSOR FLOATATION ABILITY AND MILITARY EQUIPMENT PROPULSOR ARRANGEMENT

Изобретения относятся к области гусеничных движителей, предназначенных для перемещения военной техники и вооружения в условиях бездорожья на грунтовой и заболоченной местности.
Известен способ повышения проходимости движителя танка, заключающийся в том, что металлический коробчатый корпус под днищем оснащают опорными катками, перед днищем - парой натяжных, за днищем - парой ведущих катков и над корпусом - поддерживающими катками, катки совместно охватывают по бортам корпуса две широкие гусеничные ленты, гусеничные ленты составляют шарнирно связанные плоские траки с выдвинутыми наружу поперечными плоскими грунтозацепами, гусеничные ленты шириной в вдоль бортов корпуса устанавливают на расстоянии b>в, орудийные стволы устанавливают с возможностью поворота по бортам корпуса, оси опорных катков под центральной частью опорной поверхности гусеничных лент и оси опорных катков задней половины опорной поверхности располагают в двух плоскостях - центральной горизонтальной и задней, наклонной к ней под малым углом для снижения сопротивления грунта сдвигу при поворотах танка [1].
Недостатками известного способа повышения проходимости тяжелого танка типа «Рикардо» Mk.V (Англия) массой 34 т на гусеничном ходу является высокое давление под каждой гусеницей, рассматриваемой в расчетах как отдельный штамп, превышающее несущую способность слабых грунтовых и торфяных оснований. Широкие гусеницы составлены непрерывно из тяжелых траков общим весом, составляющим ≈1/4 веса всего танка. Высокие боковые борта корпуса танка, охваченные гусеничными лентами, резко повышают габариты танка по высоте. Плоская опорная поверхность гусеницы танка вызывает большие пики контактных давлений по концам и по краям гусеничной ленты, которые приводят к сдвигам и выпорам грунта под гусеницей с потерей прочности и критической устойчивости основания и буксованию движителя.
Известен способ повышения проходимости движителей современных тяжелых танков, заключающийся в том, что бронированный коробчатый корпус устанавливают между двумя широкими гусеничными лентами с непрерывно шарнирно соединенными плоскими траками, траки образуют две плоские горизонтальные поверхности контакта с грунтовым основанием по обеим боковым сторонам корпуса и охватывают опорные, при наличии - поддерживающие, передний натяжной и задний ведущий катки, при этом оси крайних натяжных, ведущих и поддерживающих катков устанавливают выше осей опорных катков, оси опорных катков располагают в одной горизонтальной плоскости, верхнюю часть корпуса танка по высоте и орудийную башню на корпусе располагают выше верхней ветви гусеничных лент, а гусеничные ленты шириной в по бокам корпуса устанавливают друг от друга на расстоянии b>в [2].
2
2
Существенным недостатком известного способа перемещения огнестрельного орудия на гусеничном ходу является то, что при массе танка, например, T-72 отечественного производства в 41 т и давлении на грунт каждой гусеничной лентой p=0,83 кг/см допускаемое давление [p] оказывается недостаточным даже для одноразового обеспечения несущей способности заболоченных участков местности (по С.С. Корчунову) [p]=(2/3…3/4)(0,04+0,375П/F)=0,039 МПа [3] (торфяная залежь), где П=998,6 см - периметр опорной поверхности одной гусеничной ленты площадью F=30765,6 см, когда p>[p]. При этом каждая гусеничная лента работает отдельно друг от друга на грунте и торфе, а не как один штамп, так как расстояние между внутренними краями гусениц шириной в=72 см составляет b=194 см, что в 2,7 раза больше ширины гусеницы, и линии сдвигов основания между гусеницами выходят на дневную поверхность с потерей его прочности и устойчивости.
Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения проходимости тяжелого гусеничного танка «типа 90» компании Mitsubishi, заключающийся в том, что бронированный коробчатый корпус устанавливают между двумя широкими гусеничными лентами с непрерывно, шарнирно соединенными плоскими траками, траки с опорными катками на торсионных подвесках по обеим сторонам корпуса подвешенного танка образуют опорную поперечную полуцилиндрическую поверхность с опытным путем полученным диаметром D=l/sinψ, где l - длина следа слабой опорной поверхности гусеничной ленты, ψ - угол полуконтакта полуцилиндрической поверхности гусеничной ленты со слабым основанием с углом φ внутреннего трения и удельным сцеплением с, на жестком основании опорные катки с гусеничными лентами под весом танка образуют плоскую опорную поверхность при деформации торсионных подвесок центральных опорных катков, траки выполняют с поперечными выдвинутыми наружу поперечными плоскими грунтозацепами, гусеничные ленты охватывают опорные, поддерживающие, натяжной и ведущие катки, при этом оси натяжных, ведущих и поддерживающих катков устанавливают выше осей опорных катков, верхнюю часть корпуса танка по высоте и орудийную башню на корпусе располагают выше верхней ветви гусеничных лент, а гусеничные ленты шириной в по бокам корпуса устанавливают друг от друга на расстоянии b>в [4].
Несмотря на более высокую проходимость по грунтовым основаниям танка «типа 90» (Япония) с поперечной полуцилиндрической опорной поверхностью гусеничных лент с радиусом контакта R с основанием, полученным опытным путем для преодоления слабых грунтов, по сравнению с отечественным танком T-72 с плоской опорной поверхностью контакта гусеничных лент с грунтом, установка гусеничных лент друг от друга на расстоянии b>в на торфяных болотах приведет к развитию линий сдвигов основания под гусеничными лентами с их выходом на дневную поверхность, при этом теряется несущая способность торфяного основания и его устойчивость под каждой гусеничной лентой - танк проваливается и тонет в торфяном болоте. Причем определяющую отрицательную роль в способе повышения проходимости известного танка «типа 90» (Япония) играет плоская опорная поверхность гусеничных лент в поперечном сечении, которая вызывает концентрацию контактных напряжений под краями гусеничных лент, превышающих вдвое среднее давление под гусеничной лентой, и прогрессивные выпоры грунта из-под ее краев или срез торфа краями гусеничной ленты, приводящие к резкому снижению проходимости танка.
стр
стр
н
Технический результат по предлагаемому способу повышения проходимости движителя военной техники - гусеничного танка в условиях слабых грунтов и заболоченной торфяной залежи, заключающемуся в том, что бронированный коробчатый корпус с поворотным кругом орудийной башни устанавливают между двумя широкими гусеничными лентами с непрерывно шарнирно соединенными траками, траки в сборе совместно с опорными катками на торсионных подвесках по обеим сторонам корпуса тяжелого танка в подвешенном состоянии образуют в продольном сечении общую опорную полуцилиндрическую поверхность диаметром D=l/sinψ, где l - длина следа опорной поверхности гусеничной ленты на слабом основании, ψ - угол полуконтакта выпуклой поверхности гусеничной ленты со слабым грунтовым или торфяным основанием, обладающим при ненарушенной структуре углом φ внутреннего трения и удельным сцеплением c, на жестком основании опорные катки с гусеничными лентами под весом P танка образуют плоскую опорную поверхность при деформации торсионных подвесок центральных опорных катков, траки выполняют за одно целое с выдвинутыми наружу на высоту t поперечными плоскими грунтозацепами, которые образуют наружными ребрами обеих гусеничных лент единую полуцилиндрическую опорную поверхность диаметром D=D+2t, гусеничные ленты охватывают опорные, поддерживающие, натяжной и ведущий катки, при этом оси натяжных, ведущих и поддерживающих катков устанавливают выше осей опорных катков, орудийную башню на корпусе располагают выше верхних ветвей гусеничных лент, а гусеничные ленты шириной в по бокам корпуса устанавливают друг от друга на расстоянии b, достигается тем, что гусеничные ленты тяжелого танка устанавливают на грунте друг от друга на расстоянии b=в, на торфе - b≤1 м при общей площади проекции следа опорной поверхности на горизонталь гусеничного движителя F=(2в+b)l, опорной поверхностью обеих гусеничных лент создают под давлением
<mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>Г</mi><mo>.</mo><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
на грунте:
,
<mrow><mi>c</mi><mo>=</mo><msub><mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mi>c</mi></mstyle><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>φ</mi></mrow><mrow><mi>t</mi><mi>g</mi><msub><mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mi>φ</mi></mstyle><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow></mfrac><mo stretchy="false">]</mo></mrow>
где удельное сцепление
,
<mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>Т</mi><mo>.</mo><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
на торфе:
сф
стр
стр
стр
2
общую полусферическую поверхность расчетным диаметром D=D при углах полуконтакта гусеничных лент со слабым грунтовым или торфяным основанием ψ=φ=arcsin[2sinφ/(1+sinφ)]-φ путем установки или выдвижения в продольных рядах опорных катков по радиусу R=D/2, при этом грунтозацепы на внешних краях гусеничных лент выступают на высоту:
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mo>/</mo><mi>D</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo stretchy="false">]</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>в</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ψ</mi></mrow>
,
н
коробчатый корпус боковыми бортами размещают в пространстве гусеничной ленты между опорными, поддерживающими, натяжными и ведущими катками, которые по бортам корпуса и сами борта корпуса прикрывают продольные броневые листы, бортовые броневые листы корпуса устанавливают под углом по высоте корпуса, продолжая внешние обводы оружейной башни, а на концах корпуса установлен к нему под острым углом, сквозной вертикальный проем поворотного круга орудийной башни в корпусе располагают непосредственно между внутренними краями верхних ветвей гусеничных лент, причем при установке гусеничных лент средних и легких танков за краями боковых бортов корпуса на расстоянии друг от друга b>в>1 м каждую гусеничную ленту в поперечном сечении выполняют по дуге окружности расчетным диаметром D, при этом траки длиной в в гусеничных лентах выполняют чередующимися через один с укороченными траками до величины ширины спаренных катков при четном числе траков, при нечетном числе траков оба крайних стыкуемых в замкнутой ленте трака принимают длиной в.
<mrow><msub><mi>ϕ</mi><mi>T</mi></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>ϕ</mi><mi>T</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><msup><mrow><mn>16</mn></mrow><mi>о</mi></msup></mrow>
Пример 1. Танк весом P=50 т перемещается по заболоченной местности - торфяная низинная залежь. Расстояние между гусеницами составляет b=100 см, ширина гусеницы в=90 см, длина контакта гусеницы с залежью l=750 см. Торфяная залежь с поверхности на глубину 1,5 м характеризуется удельным сцеплением с=0,02 МПа, углом внутреннего трения
, модулем деформации Е=0,3 МПа, коэффициентом Пуассона µ=0,3.
2
А
A
Дадим оценку проходимости залежи танком. Так как b≤1 м, то считается, что две гусеницы танка образуют один штамп площадью F=l·(2в+b)=444·280=124320 см, периметром П=2·(444+280)=1448 см. Долговременная несущая способность торфяной залежи по А.Г. Гинцбургу [3] р=0,04+0,375·П/F=0,0437 МПа. Допускаемая несущая способность залежи [p]=(2/3…3/4)p=0,0314 МПа, среднее давление полусферической опоры танка на залежь:
ср
сф
2
2
p=P/F=50000/[F(1+2(1-cosφ)/sinφ)]=50000/{124320·[1+2(1-cos16°)/sin16°]}=0,01992 МПа≤[p],
следовательно, проходимость торфа танком гарантирована. Упругая составляющая полной осадки гусениц танка как единого полусферического штампа площадью:
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>F</mi><mrow><mi>с</mi><mi>ф</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>F</mi><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><msup><mi>sin</mi><mn>2</mn></msup><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">]</mo><mtext> </mtext><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>в</mi><mi>н</mi><mi>а</mi><mtext> </mtext><msub><mi>S</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msqrt><mrow><mi>F</mi><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">]</mo></mrow></msqrt><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>μ</mi><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>π</mi><mi>E</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>=</mo><mn>501</mn><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mn>0,3</mn><mn>2</mn></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mn>0,2381</mn><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>3</mn><mi>π</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>11,52</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>м</mi><mo>.</mo></mtd></mtr></mtable>
T
При единой полусферической опорной поверхности обеих гусениц на залежи максимальный угол упругого полуконтакта должен составлять величину [5] ψ=φ=16°, допускаемое давление на торфяную залежь для многоразового прохождения танками равно:
<mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>Г</mi><mo>.</mo><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>0,02</mn><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><msup><mrow><mn>16</mn></mrow><mi>o</mi></msup><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><msup><mrow><mn>16</mn></mrow><mi>o</mi></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>0,03014</mn><mtext> </mtext><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow>
.
Стрела максимального прогиба ненарушенной залежи под центром полусферической поверхности обеих гусениц равна:
0
S=l(1-cosφ)/(2sinφ)=444(1-cos16°)/(2sin16°)=31,17 см,
<mrow><msubsup><mi>S</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow><mi>Σ</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>у</mi><mi>п</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>31,17</mn><mo>+</mo><mn>11,52</mn><mo>=</mo><mn>44,7</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>м</mi></mrow>
а общая упругая осадка залежи под центром танка будет составлять величину
.
ср
С другой стороны [3], упругая осадка плоского жесткого прямоугольного штампа на торфяной залежи при внешнем давлении p определяется как:
<mrow><msup><mi>S</mi><mi>Σ</mi></msup><mo>=</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi></mrow></msub><mo>/</mo><mi>K</mi><mo>=</mo><msub><mi>p</mi><mrow><mi>c</mi><mi>p</mi></mrow></msub><msqrt><mi>F</mi></msqrt><mo>/</mo><mi>E</mi><mo>=</mo><mn>0,1992</mn><msqrt><mrow><mn>124320</mn></mrow></msqrt><mo>/</mo><mn>3</mn><mo>=</mo><mn>23,41</mn><mtext> </mtext><mi>с</mi><mi>м</mi></mrow>
.
Таким образом, опорная поверхность гусениц танка, вписывающаяся в полусферическую сферическую поверхность, уменьшает осадку гусеничных лент по краям танка в 2 раза.
ср
Впервые новое научное направление «Физика контактного взаимодействия материальной среды» (раздел «Механика») [5] позволило установить четкие границы всех пяти фазовых напряженно-деформированных состояний материальных (грунтовых, торфяных) сред, которые определяются физическими характеристиками: углом (φ) внутреннего трения и удельным сцеплением (c), присущим всем материальным средам (даже поверхностной пленке воды). Установлено, что несущая способность грунтовых и торфяных оснований под выпуклыми опорными нагруженными поверхностями повышается на 30% по сравнению с плоскими опорными поверхностями, а устойчивость оснований - в 2 раза. Из курса «Механика торфяной залежи» известно, что если расстояние между двумя плоскими штампами равно или меньше 1 м, то оба штампа работают на торфе под одинаковой нагрузкой как один штамп, поэтому установка траков длинных и коротких в гусеничной ленте через один на 35% снижает массу гусеничных лент при их удлинении и охвате всего корпуса танка, при этом тангенциальные срезающие торфяную поверхность залежи напряжения τ снижаются, а несущая способность залежи под зубчатой краевой поверхностью гусеничных лент резко повышается, так как периметр боковой поверхности увеличивается более чем в 2 раза.
Известно устройство гусеничного движителя танка типа «Рикардо» Mk.V (Англия) массой 34 т, состоящее из металлического коробчатого корпуса, под днищем которого установлены опорные катки, перед днищем - пара натяжных, за днищем - пара ведущих катков, а над корпусом - поддерживающие катки двух гусеничных лент большой ширины в, составленных из шарнирно связанных плоских траков с выступающими наружу на высоту t плоскими прямыми узкими грунтозацепами и охватывающие катки по бортам корпуса на расстоянии b>в, осей опорных катков под центральной частью опорной поверхности и осей опорных катков задней половины опорной поверхности гусеничного хода, установленных в двух прямых плоскостях - центральной и задней, наклоненной к ней под малым углом, двух орудийных стволов, установленных по боковым бортам корпуса [1].
Недостатком известного гусеничного движителя является его низкая проходимость слабых грунтовых и непроходимость заболоченных торфяных оснований, связанная с установкой гусеничных лент на расстоянии более ширины самой гусеничной ленты, когда линии сдвигов основания под гусеничными лентами выходят на дневную поверхность и теряется его устойчивость и проходимость танком. При этом давление под каждой гусеничной лентой, установленной под опорными катками в двух плоскостях, образующих под тупым углом на слабых основаниях практически одну плоскость, резко возрастает под краями гусеничных лент и режет основание при потери его прочности и устойчивости под танком.
Известно устройство гусеничного движителя современного тяжелого танка, состоящее из бронированного коробчатого корпуса шириной b, двух широких гусеничных лент шириной в<b, установленных вдоль боковых бортов с внешней стороны корпуса, составленных из шарнирно связанных плоских траков с выступающими на одну высоту t грунтозацепами, охватывающих установленные на торсионных подвесках в одной горизонтальной плоскости опорные катки, передние натяжные, задние ведущие и при необходимости поддерживающие спаренные катки, из орудийной башни, установленной на корпусе вместе с его верхней частью выше верхних ветвей гусеничных лент [2].
Существенным недостатком современных тяжелых танков с плоскими опорными ветвями гусеничных лент, установленных друг от друга на расстоянии b>в, является их непроходимость слабых грунтовых и заболоченных торфяных оснований.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тяжелый танк «типа 90» японской компании Mitsubishi, состоящий из бронированного коробчатого корпуса шириной b, из двух широких гусеничных лент шириной в<b, установленных вдоль боковых бортов с внешней стороны корпуса, составленных из шарнирно связанных плоских траков с выступающими на одну высоту t грунтозацепами, охватывающих установленные в подвешенном состоянии на торсионных подвесках в одной поперечной полуцилиндрической плоскости диаметром D=l/sinψ опорные катки, где l - длина следа слабой опорной поверхности гусеничных лент, ψ - угол полуконтакта полуцилиндрической поверхности гусеничной ленты со слабым основанием с углом φ внутреннего трения и удельным сцеплением с, при наличии поддерживающих, натяжных и ведущих катков, установленных выше осей опорных катков, из орудийной башни, установленной на поворотном круге на корпусе вместе с его верхней частью выше верхних ветвей гусеничных лент [4].
При высокой проходимости грунтовых оснований известные конструкции гусеничного хода тяжелых танков при установке гусеничных лент шириной в на расстоянии b>в оказывается недостаточной для проходимости слабых водонасыщенных грунтовых и торфяных заболоченных территорий. Расчетные аналитические зависимости для параметра - диаметра D опорной поверхности гусеничного движителя танка отсутствуют, размер D получают опытным путем при оценке проходимости конкретных грунтовых оснований.
0
стр
стр
Технический результат в предлагаемом устройстве движителя военной техники - гусеничного танка, состоящем из бронированного коробчатого корпуса ширины В, из двух гусеничных лент шириной в, установленных вдоль боковых бортов корпуса, составленных из шарнирно связанных траков с выступающими на высоту t грунтозацепами, и охватывающих установленные в подвешенном состоянии на торсионных подвесках в одной поперечной полуцилиндрической плоскости диаметром D=l/sinψ опорные катки, где l - длина следа опорной поверхности гусеничной лент, ψ - угол полуконтакта полуцилиндрической поверхности гусеничной ленты со слабым основанием ненарушенной структуры с углом φ внутреннего трения и удельным сцеплением c, а также поддерживающие, натяжные и ведущие катки, из осей натяжных, поддерживающих и ведущих катков, установленных выше осей опорных катков, из орудийной башни, установленной поворотном круге на корпусе выше верхних ветвей гусеничных лент, достигается тем, что гусеничные ленты тяжелого танка с катками выполнены установленными на грунте друг от друга на расстоянии b=в, на торфе - b≤1 м, при общей площади проекции следа опорной поверхности на горизонталь гусеничного движителя F=(2в+b)l, опорная поверхность обеих гусеничных лент при давлении
<mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>Г</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
для грунта:
,
<mrow><mi>c</mi><mo>=</mo><msub><mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"><mi>c</mi></mstyle><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">[</mo><mn>2</mn><mo>−</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">]</mo></mrow>
где удельное сцепление
,
<mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>Т</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
для торфа:
сф
стр
cmp
стр
T
стр
T
стр
2
выполнена полусферической с расчетным диаметром D=D при углах полуконтакта гусеничных лент со слабым грунтовым или торфяным основанием ψ=φ=arcsin[2sinφ/(1+sinφ)]-φ, где для торфяной залежи φ=φ и c=c, при этом грунтозацепы на внешних краях гусеничных лент выполнены выступающими на высоту:
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mo>/</mo><mi>D</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo stretchy="false">]</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>в</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ψ</mi></mrow>
сф
и образуют общую поперечную полуцилиндрическую поверхность, коробчатый корпус установлен во внутреннем пространстве гусеничных лент между опорными, поддерживающими, натяжным и ведущим катками таким образом, чтобы продольные броневые листы бортов корпуса образовывали с вертикалью острый угол, продолжая внешние обводы орудийной башни, а на концах корпуса - под острым углом к его продольной оси, орудийная башня установлена непосредственно над верхними ветвями гусеничных лент, при этом сквозной вертикальный проем поворотного круга орудийной башни в корпусе выполнен непосредственно между внутренними краями верхних ветвей гусеничных лент, причем при установке гусеничных лент средних и легких танков за краями боковых бортов корпуса на расстоянии друг от друга b>в опорная поверхность каждой гусеничной ленты в поперечном сечении выполнена по полусферической поверхности расчетным диаметром D, грунтозацепы по краям каждой гусеничной ленты выступают на высоту T, а траки длиной в в гусеничных лентах установлены чередующимися через один с укороченными траками до величины ширины спаренных катков при четном числе траков, при нечетном числе траков оба крайних стыкуемых в замкнутой ленте трака выполнены длиной в.
Предлагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 дан общий вид гусеничного движителя тяжелого танка с продольным вертикальным разрезом гусеничной ленты (с катками и корпусом танка), на фиг.2 - вид гусеничного движителя танка спереди при b=в, на фиг.3 - вид танка на гусеничном ходу сверху при b=в, на фиг.4 - вид гусеничного движителя легкого и среднего танка сзади при b>в, на фиг.5 - поперечный разрез гусеничной ленты при ее ширине в=b, на фиг.6 - поперечный разрез гусеничной ленты при в<b, на фиг.7 - вид А фиг.5, на фиг.8 - вид Б на фиг.6.
0
Устройство гусеничного движителя тяжелого танка типа Т-10М по предлагаемому техническому решению состоит из бронированного коробчатого корпуса. 1 (фиг.1) шириной В (фиг.2, 3), установленного на двух гусеничных лентах 2 шириной в, расположенных вдоль боковых бортов 3 корпуса на расстоянии b=в друг от друга и составленных из шарнирно связанных траков 4 с выступающими по длине в трака грунтозацепами на высоту t на внутреннем крае гусеничной ленты и на высоту:
<mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><mi>b</mi><mo>/</mo><mi>D</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></msqrt><mo stretchy="false">]</mo><mo>−</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>в</mi><mo>+</mo><mi>b</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ψ</mi></mrow>
стр
cmp
стр
T.стр
T.стр
сф
2
на ее внешнем крае (фиг.2), где угол совместного контакта гусеничных лент с их полусферическим следом на грунтовом и торфяном основании ψ=φ=arcsin[2sinφ/(1+sinφ)]-φ, для торфяной залежи - φ=φ и c=c. Диаметр полусферического следа D=l/sinψ, где l - длина следа на поверхности слабого основания. Бронированный коробчатый корпус 1 установлен во внутреннем пространстве гусеничных лент 2 между опорными 5, поддерживающими 6, натяжными 7 и ведущими 8 катками. Боковые борта 3 корпуса 1 с гусеничными лентами 2 установлены под углом по высоте корпуса, продолжая внешние обводы орудийной башни 9, а на концах корпуса - под острым углом к нему. Орудийная башня 9 установлена непосредственно под верхними ветвями гусеничных лент 2, при этом сквозной вертикальный проем поворотного круга (не показан) орудийной башни в корпусе 1 выполнен непосредственно между внутренними краями верхних ветвей гусеничных лент 2.
сф
Устройство гусеничного хода средних и легких танков (фиг.4) может быть выполнено при установке гусеничных лент 2 по бокам коробчатого корпуса 1 на расстоянии b>в таким образом, что опорные катки 5 с опорной частью каждой гусеничной лентой 2 будут образовывать две полусферические поверхности на слабом основании диаметром D=D, при этом верхние ветви гусеничных лент 2 проходят на уровне основания орудийной башни 9, а траки 4 гусеничных лент выполнены с полуцилиндрической продольной поверхностью диаметром D.
Траки 4 гусеничных лент 2 (фиг.5, 6, 7, 8) установлены чередующимися через один с укороченными траками 10 до величины ширины спаренных катков при четном числе траков, при нечетном числе траков оба крайних стыкуемых в замкнутой ленте трака 11, 12 выполнены длиной в, равной ширине гусеничной ленты.
3
сф
Т
В условиях заболоченной местности с углом φ=15° внутреннего трения, удельным сцеплением c=0,015 МПа и удельным весом γ=0,0017 кг/см тяжелый танк типа Т-10М весом 50 т с предлагаемой полусферической опорной поверхностью обеих гусеничных лент шириной в=b=72 см и диаметром D=l/sinψ=444/sin18°=1436,9 см, где l=444 см - длина следа опорной части гусеничной ленты, угол полуконтакта по длине l гусеничной ленты с торфяным болотом равен ψ=φ=18°. Площадь полусферической опорной поверхности гусеничных лент танка равна:
сф
ср
2
<mrow><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi><mo>.</mo><mi>Т</mi></mrow><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">]</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>2</mn><mo>⋅</mo><mn>0,015</mn><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><msup><mrow><mn>18</mn></mrow><mi>o</mi></msup><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><msup><mrow><mn>18</mn></mrow><mi>o</mi></msup><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mn>0,0218</mn><mtext> </mtext><mi>М</mi><mi>П</mi><mi>а</mi></mrow>
F=(2в+b)·l·[1+2(1-cosφ)/sinφ]=216·444·1,3165=126258 см и создает давление на торфяное болото p=50000/126258=0,0396 МПа. Допускаемое давление на торфяное болото
- по теории «Физики контактного взаимодействия» и допускаемое давление:
A
сф
сф
[p]=(2/3…3/4)p=0,708·(0,04+0,9·П/F)=0,708·[0,04+0,9·5295/126258]=0,055 МПа - для одноразового прохождения болота танком по теории «Механики торфяной залежи». Таким образом, одноразовая проходимость заболоченной местности модифицированным тяжелым танком Т-10М обеспечена.
<mrow><mi>R</mi><mo>≥</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><msqrt><mi>π</mi></msqrt><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>sin</mi><msub><mi>ψ</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub></mrow>
Известен способ повышения проходимости грунтового и торфяного основания под гусеничным движителем, заключающийся в увеличении опорной поверхности (F) каждой гусеницы при заданной их длине (l) путем увеличения ширины (в) на основаниях с низкой несущей способностью, в придании скосов опорной поверхности траков на краях гусеницы, отличающийся тем, что опорной поверхности гусеницы придают в продольном направлении выпор по радиусу
, где угол сектора полуконтакта продольной опорной поверхности гусеницы при «первой критической» нагрузке
на грунт:
<mrow><mo>∠</mo><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>ψ</mi><mrow><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mo stretchy="false">[</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>p</mi><mi>ц</mi><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mn>0,5</mn><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup><mo>+</mo><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo></mrow>
,
на торф:
<mrow><mo>∠</mo><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>ψ</mi><mrow><mi>max</mi></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi><mn>1,</mn><mi>T</mi></mrow></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><mi>a</mi><mi>r</mi><mi>c</mi><mi>t</mi><mi>g</mi><mo>{</mo><mn>2</mn><mi>sin</mi><mn>2</mn><mi>ϕ</mi><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">[</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mn>7</mn><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>}</mo></mrow>
,
где φ - угол внутреннего трения, с - удельное сцепление основания,
<mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>с</mi><mi>т</mi></mrow><mrow><mi>с</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mn>2</mn><mi>c</mi><mo>⋅</mo><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
- давление структурной прочности основания на растяжение;
<mrow><msubsup><mi>p</mi><mi>ц</mi><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi></mrow></msubsup><mo>=</mo><mi>с</mi><mo>{</mo><mi>π</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>ϕ</mi><mo>−</mo><mi>π</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mi>t</mi><mi>g</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">]</mo><mo>+</mo><mo stretchy="false">[</mo><mn>2</mn><mi>cos</mi><mi>ϕ</mi><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>sin</mi><mi>ϕ</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>}</mo></mrow>
- критическое давление под центром радиальной поверхности контакта гусеницы с основанием,
а по ширине гусеницы тракам придают выпуклую опорную поверхность под радиусом R, при этом осадку гусеницы под центром на основании получают равной:
<mrow><mi>S</mi><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>в</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">)</mo><mo>{</mo><mo stretchy="false">[</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>cos</mi><msub><mi>ψ</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>sin</mi><msub><mi>ψ</mi><mrow><mi>max</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">]</mo><mo>+</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi><mn>1</mn></mrow></msubsup><mo stretchy="false">[</mo><mn>4</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msubsup><mi>μ</mi><mn>0</mn><mn>2</mn></msubsup><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>π</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>E</mi><mn>0</mn></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo stretchy="false">]</mo><mo>}</mo></mrow>
,
0
0
<mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
где E, µ - модуль деформации и коэффициент Пуассона основания,
- среднее «первое критическое» давление на основание, а также известно устройство гусеничного движителя, реализующего способ повышения его проходимости.
стр
стр
стр
стр
<mrow><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>с</mi><mi>р</mi></mrow><mrow><mi>к</mi><mi>р</mi><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow>
Существенным недостатком известного способа и устройства повышения проходимости оснований под гусеничным движителем является полуэмпиричность расчетных зависимостей определения необходимого угла ψ полуконтакта гусеничного движителя с грунтовым и торфяном основанием, связанное с отсутствием истинных знаний и аналитических выражений для определения физических параметров материальной среды - углов внутреннего трения φ, φ и удельного сцепления c, c нарушенной и ненарушенной структуры. В известных зависимостях определения углов ψ используется значения φ, c, полученные на базе испытания образцов грунта или торфа ненарушенной структуры в условиях компрессионного сжатия. В действительности при «первом критическом» давлении (
) грунт теряет структурную прочность и находится уже в нарушенном состоянии с развитием линий сдвигов из-под подошвы жесткого плоского штампа [5] на дневную поверхность. В известных расчетных зависимостях не учитываются новые положения, полученные на базе развития научного направления «Физика контактного взаимодействия материальных сред», заключающееся в том, что на дневной поверхности грунт (торф) в массиве находится в состоянии растяжения на глубину h=c/γ, где γ - удельный вес грунта. В предлагаемом способе и устройстве повышения проходимости оснований под гусеничными движителями учитываются новые открытые положения «Физики контактного взаимодействия», существенно уточняющие теоретические зависимости оценки проходимости оснований новой техникой.
Источники информации
1. Ж-л «Техника молодежи», №2, 1988, - с.8-9.
2. Ж-л «Техника молодежи», №11, 1991, - с.16-17 («Т-72»).
3. Справочник по торфу / Под. ред. А.В. Лазарева и С.С. Корчунова. - М.: Недра, 1982. - 700 с.
4. Справочник Джейн «Танки и боевые машины» / Кристофер Ф. Фосс. - М.: ACT «Апрель», 2005. - с.50-51.
5. Хрусталев Е.Н. Контактное взаимодействие в геомеханике. - ч.II. Напряжения и деформации оснований сооружений. - Тверь.: Научная книга, 2007.