О крайней упоротости Pz.III ausf.E-G. Каким образом Pz.III ausf.E-G упороты
В предыдущем посте я подробно описал некоторые детали устройства Pz.III ausf.E-G. Даже на данном этапе понятно, что десятискоростная полуавтоматическая КПП с вакуумно-гидравлическим механизмом предварительного выбора передач с четырьмя нейтральными передачами упорота уже исходя из этого описания.
Но это так, цветочки. Настоящий треш находится под катом, ведь сегодня речь пойдёт о том, как данный агрегат управляется.
КДПВ - инструктор пытается объяснить несчастному танкисту устройство тормоза центрального синхронизатора:
Итак, по схемам и таблице передаточных чисел становится ясен очень серьёзный принципиально неустранимый недостаток Maybach Variorex, свойственный вообще всем безвальным КПП. Для включения каждой передачи нужно сдвинуть от одного до пяти рычагов в определённые положения. Если реализовать обычное ручное включение передач, то мехвод будет выполнять увлекательную гимнастику двигая в процессе езды пятью (!) рычагами. Разумеется, он должен предварительно выучить все допустимые комбинации, а это 18 положений (!!!) пяти рычагов. Надо ли говорить, что рычаги двигаются в определённом порядке, а не абы кабы.
Именно поэтому безвальные КПП выполняются по схеме полуавтомата: мехвод при помощи рычага переключения передач задаёт нужную скорость, а полуавтомат сам выставляет нужные положения каждой муфты в определённом порядке. Но на этом сложности только начинаются, ведь впереди речь об устройстве центрального синхронизатора. Я, разумеется, сперва напишу, зачем он нужен и почему без него не обойтись.
Вот как выглядят приводы управления трансмиссией Pz.III ausf.E (схема выполнена Хедвигом Клавуттке):
Fahrtrichtungshebel - рычаг задания направления движения: V - вперёд, R - назад, положение между ними соответствует нейтрали. Vorwaehlhebel - рычаг задания одной из десяти скоростей. Fusskupplung - педаль сцепления. Куча трубочек и коробочек сверху - это часть вакуумно-гидравлической системы. И да, большая часть данной системы скрыта внутри.
Синхронизация скоростей
Выше я уже описал сложности, связанные с переключением передач. Теперь я опишу сложности, возникающие при уравнивании скоростей шестерней при включении передач.
Рассмотрим схему четвёртой передачи:
Предположим, нам нужно включить пятую передачу:
Внимательно посмотрите на муфту m7. Справа от неё малая шестерня z7, а слева большая z9. Я посчитал передаточные числа и выяснил, что когда муфта m8 включена (а она, напомню, всегда включена при переднем ходе), разница между скоростями z7 и z9 составляет 3,3 раза. Это значит, что если мы сдвинем муфту m7 из левого положения в правое, произойдёт удар кулаков муфты о кулаки шестерни. Ничего хорошего в этом нет, поскольку будет скрежет и износ механизма. Для переключения муфты m7 нужно уравнять её скорость с левой или с правой парой шестерней.
Но тут возникает новая проблема. Муфта m7 связана через ведомый вал КПП с ведущими катками танка, поэтому её скорость вращения зависит от скорости танка. Разумеется, глупо при переключении передачи тормозить муфту m7, ведь это приведёт к торможению танка и уменьшению его скорости в три раза. Вместо этого придётся затормозить четыре ряда шестерней от z1 до z8, то есть скорость вращения четырёх рядов шестерней приводится к одной муфте.
Есть и другая проблема: при переключении с четвёртой на пятую скорость нужно ещё и включить муфту m2, то есть вместо одной синхронизации необходимо выполнить две. В худшем случае при переключении передачи нам нужно последовательно передвинуть положения каждой пары муфт. Это неизбежно, например, при переключении с четвёртой передачи на седьмую. Если использовать обычные конусные синхронизаторы кулачковых муфт, то в этом случае время переключения передачи возрастёт примерно в 4 раза по сравнению с обычной КПП.
Вывод: из-за необходимости быстро менять скорость вращения сразу нескольких рядов шестерён, а также из-за необходимости выполнять сразу несколько синхронизаций простые синхронизаторы будут работать недостаточно эффективно, а также значительно увеличивать время переключения передач. Оно и понятно: в двухвальных и трёхвальных КПП синхронизаторы при переключении передач уравнивают скорости одной пары шестерён с валом, им никогда не приходится синхронизировать сразу три-четыре пары шестерён.
Так что в топку обычные синхронизаторы, мы продолжаем усложнять и без того упоротую конструкцию.
Центральный синхронизатор
Вместо множества маленьких синхронизаторов с небольшой площадью поверхности трения в Maybach Variorex используется центральный синхронизатор. Вот его схема:
Синхронизатор состоит из тормоза Т и из ускорителя У. Как не трудно догадаться, ускоритель ускоряет шестерни и валы, а тормоз уменьшает скорость их вращения. Тормоз, ускоритель и главный фрикцион ГФ управляются при помощи гидравлической системы.
Обратите внимание на то, что тормоз и ускоритель валом связаны с шестернёй z2, то есть мы можем тормозить и ускорять первую пару шестреней коробки передач. Разумеется, при торможении мы выключаем главный фрикцион.
Тормоз работает следующим образом. На шестерне z2 есть конусная поверхность, которая вращается с шестернёй как одно целое. Если мы включим неподвижный диск тормоза, мы затормозим пару шестерён z1 и z2. Шестерни z1' и z2' вращаются вхолостую, они нам не нужны:
Теперь попробуем ускорить вращение шестерён z2 и z1. Шестерня z2' вращается быстрее, чем z2, поэтому если мы включим ускоритель, фрикицонная муфта свяжет пару шестреней ускорителя с валом шестрени z2, это приведёт к её ускорению:
Почему центральный синхронизатор эффективнее индивидуальных синхронизаторов? Во-первых, ускорение шестерней происходит при помощи двигателя, который вращает z2' в два раза быстрее, чем z2. Во-вторых, тормоз подведён к очень большой шестрене z2, по диаметру она наибольшая среди всех шестреней коробки передач. Большой диаметр позволяет сделать конусную поверхность большой площади, а чем больше площадь, тем эффективнее торможение.
Пример работы синхронизатора
Итак, мы можем очень быстро и очень эффективно тормозить первую пару шестреней. Но что делать с остальными четырьмя парами? Вопрос решается при помощи последовательного торможения или ускорения каждой пары шестреней. Рассмотрим принцип на примере переключения с 4 передачи на 6.
Первый этап. Главный фрикцион включен, 4 передача включена, танк едет:
Второй этап. Для перехода на 6 передачу нам нужно выключить муфту m1 и включить муфту m2. Вал второй муфты вращается медленнее шестерни z4, поэтому мы выключаем главный фрикицон, включаем ускоритель, разгоняем вал шестерни z2 и включаем муфту m2:
Третий этап. Теперь нам нужно выключить муфту m3 и включить муфту m4. Муфта m4 вращается медленнее шестрени z4, поэтому мы включаем тормоз, тормозим первую и вторую пары шестрней, в том числе и нужную нам шестерню z4, а затем включаем муфту m4:
Четвёртый этап. Муфту m5 не трогаем, так как и на 4 передаче, и на 6 передаче она включена, поэтому переходим сразу к муфте m7. Она вращается в 3,3 раза медленнее шестерни z7, поэтому мы снова включаем тормоз и тормозим все пять рядов шестерней, а затем сдвигаем муфту m7 вправо:
Пятый этап. Включаем главный фрикцион и продолжаем движение на шестой передаче:
Замечу, что это не самый сложный пример, мы даже не трогали муфту m5.
Таков принцип действия центрального синхронизатора: при включении нужной передачи он последовательно тормозит или ускоряет пары шестерней справа налево. Тут одними индивидуальными синхронизаторами не отделаться.
Механизм переключения передач
Итак, принцип переключения передач с учётом центрального синхронизатора выглядит следующим образом. Пары муфт переключаются последовательно справа налево и на каждом этапе при движении рычага переключения по часовой стрелке включается тормоз, а при движении против часовой - ускоритель. Для того, чтобы вне зависимости от чисел зубьев шестерён данный принцип сохранялся, валы направлены в сторону от малой шестрени к большой если смотреть по нижнему ряду валов.
Видите подписи у рычага переключения муфт? Accelerator change - направление включения ускорителя, а brake change - направление включения тормоза.
Вот как мы перешли с четвёртой скорости на шестую:
Но это так, цветочки. Настоящий треш находится под катом, ведь сегодня речь пойдёт о том, как данный агрегат управляется.
КДПВ - инструктор пытается объяснить несчастному танкисту устройство тормоза центрального синхронизатора:
Итак, по схемам и таблице передаточных чисел становится ясен очень серьёзный принципиально неустранимый недостаток Maybach Variorex, свойственный вообще всем безвальным КПП. Для включения каждой передачи нужно сдвинуть от одного до пяти рычагов в определённые положения. Если реализовать обычное ручное включение передач, то мехвод будет выполнять увлекательную гимнастику двигая в процессе езды пятью (!) рычагами. Разумеется, он должен предварительно выучить все допустимые комбинации, а это 18 положений (!!!) пяти рычагов. Надо ли говорить, что рычаги двигаются в определённом порядке, а не абы кабы.
Именно поэтому безвальные КПП выполняются по схеме полуавтомата: мехвод при помощи рычага переключения передач задаёт нужную скорость, а полуавтомат сам выставляет нужные положения каждой муфты в определённом порядке. Но на этом сложности только начинаются, ведь впереди речь об устройстве центрального синхронизатора. Я, разумеется, сперва напишу, зачем он нужен и почему без него не обойтись.
Вот как выглядят приводы управления трансмиссией Pz.III ausf.E (схема выполнена Хедвигом Клавуттке):
Fahrtrichtungshebel - рычаг задания направления движения: V - вперёд, R - назад, положение между ними соответствует нейтрали. Vorwaehlhebel - рычаг задания одной из десяти скоростей. Fusskupplung - педаль сцепления. Куча трубочек и коробочек сверху - это часть вакуумно-гидравлической системы. И да, большая часть данной системы скрыта внутри.
Синхронизация скоростей
Выше я уже описал сложности, связанные с переключением передач. Теперь я опишу сложности, возникающие при уравнивании скоростей шестерней при включении передач.
Рассмотрим схему четвёртой передачи:
Предположим, нам нужно включить пятую передачу:
Внимательно посмотрите на муфту m7. Справа от неё малая шестерня z7, а слева большая z9. Я посчитал передаточные числа и выяснил, что когда муфта m8 включена (а она, напомню, всегда включена при переднем ходе), разница между скоростями z7 и z9 составляет 3,3 раза. Это значит, что если мы сдвинем муфту m7 из левого положения в правое, произойдёт удар кулаков муфты о кулаки шестерни. Ничего хорошего в этом нет, поскольку будет скрежет и износ механизма. Для переключения муфты m7 нужно уравнять её скорость с левой или с правой парой шестерней.
Но тут возникает новая проблема. Муфта m7 связана через ведомый вал КПП с ведущими катками танка, поэтому её скорость вращения зависит от скорости танка. Разумеется, глупо при переключении передачи тормозить муфту m7, ведь это приведёт к торможению танка и уменьшению его скорости в три раза. Вместо этого придётся затормозить четыре ряда шестерней от z1 до z8, то есть скорость вращения четырёх рядов шестерней приводится к одной муфте.
Есть и другая проблема: при переключении с четвёртой на пятую скорость нужно ещё и включить муфту m2, то есть вместо одной синхронизации необходимо выполнить две. В худшем случае при переключении передачи нам нужно последовательно передвинуть положения каждой пары муфт. Это неизбежно, например, при переключении с четвёртой передачи на седьмую. Если использовать обычные конусные синхронизаторы кулачковых муфт, то в этом случае время переключения передачи возрастёт примерно в 4 раза по сравнению с обычной КПП.
Вывод: из-за необходимости быстро менять скорость вращения сразу нескольких рядов шестерён, а также из-за необходимости выполнять сразу несколько синхронизаций простые синхронизаторы будут работать недостаточно эффективно, а также значительно увеличивать время переключения передач. Оно и понятно: в двухвальных и трёхвальных КПП синхронизаторы при переключении передач уравнивают скорости одной пары шестерён с валом, им никогда не приходится синхронизировать сразу три-четыре пары шестерён.
Так что в топку обычные синхронизаторы, мы продолжаем усложнять и без того упоротую конструкцию.
Центральный синхронизатор
Вместо множества маленьких синхронизаторов с небольшой площадью поверхности трения в Maybach Variorex используется центральный синхронизатор. Вот его схема:
Синхронизатор состоит из тормоза Т и из ускорителя У. Как не трудно догадаться, ускоритель ускоряет шестерни и валы, а тормоз уменьшает скорость их вращения. Тормоз, ускоритель и главный фрикцион ГФ управляются при помощи гидравлической системы.
Обратите внимание на то, что тормоз и ускоритель валом связаны с шестернёй z2, то есть мы можем тормозить и ускорять первую пару шестреней коробки передач. Разумеется, при торможении мы выключаем главный фрикцион.
Тормоз работает следующим образом. На шестерне z2 есть конусная поверхность, которая вращается с шестернёй как одно целое. Если мы включим неподвижный диск тормоза, мы затормозим пару шестерён z1 и z2. Шестерни z1' и z2' вращаются вхолостую, они нам не нужны:
Теперь попробуем ускорить вращение шестерён z2 и z1. Шестерня z2' вращается быстрее, чем z2, поэтому если мы включим ускоритель, фрикицонная муфта свяжет пару шестреней ускорителя с валом шестрени z2, это приведёт к её ускорению:
Почему центральный синхронизатор эффективнее индивидуальных синхронизаторов? Во-первых, ускорение шестерней происходит при помощи двигателя, который вращает z2' в два раза быстрее, чем z2. Во-вторых, тормоз подведён к очень большой шестрене z2, по диаметру она наибольшая среди всех шестреней коробки передач. Большой диаметр позволяет сделать конусную поверхность большой площади, а чем больше площадь, тем эффективнее торможение.
Пример работы синхронизатора
Итак, мы можем очень быстро и очень эффективно тормозить первую пару шестреней. Но что делать с остальными четырьмя парами? Вопрос решается при помощи последовательного торможения или ускорения каждой пары шестреней. Рассмотрим принцип на примере переключения с 4 передачи на 6.
Первый этап. Главный фрикцион включен, 4 передача включена, танк едет:
Второй этап. Для перехода на 6 передачу нам нужно выключить муфту m1 и включить муфту m2. Вал второй муфты вращается медленнее шестерни z4, поэтому мы выключаем главный фрикицон, включаем ускоритель, разгоняем вал шестерни z2 и включаем муфту m2:
Третий этап. Теперь нам нужно выключить муфту m3 и включить муфту m4. Муфта m4 вращается медленнее шестрени z4, поэтому мы включаем тормоз, тормозим первую и вторую пары шестрней, в том числе и нужную нам шестерню z4, а затем включаем муфту m4:
Четвёртый этап. Муфту m5 не трогаем, так как и на 4 передаче, и на 6 передаче она включена, поэтому переходим сразу к муфте m7. Она вращается в 3,3 раза медленнее шестерни z7, поэтому мы снова включаем тормоз и тормозим все пять рядов шестерней, а затем сдвигаем муфту m7 вправо:
Пятый этап. Включаем главный фрикцион и продолжаем движение на шестой передаче:
Замечу, что это не самый сложный пример, мы даже не трогали муфту m5.
Таков принцип действия центрального синхронизатора: при включении нужной передачи он последовательно тормозит или ускоряет пары шестерней справа налево. Тут одними индивидуальными синхронизаторами не отделаться.
Механизм переключения передач
Итак, принцип переключения передач с учётом центрального синхронизатора выглядит следующим образом. Пары муфт переключаются последовательно справа налево и на каждом этапе при движении рычага переключения по часовой стрелке включается тормоз, а при движении против часовой - ускоритель. Для того, чтобы вне зависимости от чисел зубьев шестерён данный принцип сохранялся, валы направлены в сторону от малой шестрени к большой если смотреть по нижнему ряду валов.
Видите подписи у рычага переключения муфт? Accelerator change - направление включения ускорителя, а brake change - направление включения тормоза.
Вот как мы перешли с четвёртой скорости на шестую:
- Нам нужно переключить первую пару муфт? Да. Мы вращаем вал рычага включения против часовой стрелки и включаем ускоритель.
- Нам нужно переключить вторую пару муфт? Да. Мы вращаем вал рычага включения по часовой стрелке и включаем тормоз.
- Нам нужно переключить третью пару муфт? Нет, мы ничего не делаем.
- Нам нужно переключить муфту двустороннего действия m7? Да. Мы вращаем вал рычага включения по часовой стрелке и включаем тормоз.