连续履带

连续履带(Continuous track),也称为坦克踏板或履带轨道,是一种车辆推进系统,其中连续的胎面或履带板带由两个或更多个车轮驱动。 在军用车辆和重型设备的情况下,该带通常由模块化钢板制成,或者在较轻的农业或建筑车辆的情况下,由带钢丝的合成橡胶制成。

轨道的大表面积比同等车辆上的钢或橡胶轮胎更好地分配车辆的重量,使得连续履带式车辆能够穿过软地面而不会由于下沉而卡住。 金属板的突出胎面既耐磨又耐损坏,特别是与橡胶轮胎相比。 轨道的侵蚀性踏板在柔软的表面上提供良好的牵引力但可能损坏铺砌的表面,因此一些金属轨道可以安装橡胶垫以用于铺砌的表面。

连续轨道可以追溯到1770年,现在通常用于各种车辆,包括推土机,挖掘机,坦克和拖拉机,但是可以在任何可以从增加的牵引力中受益的应用中使用的车辆上找到,低连续轨道推进系统固有的地面压力和耐久性。

历史
波兰数学家和发明家JózefMariaHoene-Wroński在19世纪30年代构思了这一想法。 英国博学家乔治·凯利爵士为连续轨道申请了专利,他称之为“通用铁路”。 1837年,俄罗斯发明家德米特里·扎格里亚斯基(Dmitry Zagryazhsky)设计了一个“移动轨道车”,同年他获得了专利,但由于缺乏资金和制造商的兴趣,他无法建造工作原型,他的专利在1839年无效。 。

无畏车轮
虽然不是今天遇到的连续轨道,但是英国工程师詹姆斯·博伊德尔在1846年获得了无畏车轮或“无尽的铁路车轮”的专利。在博德尔的设计中,一系列平脚连接在车轮的周边,传播重量。 1853年10月至1856年2月,在伍尔维奇制造无畏车轮的皇家军火库,在克里米亚战争中成功部署了许多马车,推车和枪支车。 总督威廉·科德林顿先生在塞瓦斯托波尔指挥部队时签署了一封推荐信。

Boydell在1854年(第431号)对他的车轮进行了专利改进 – 这一年他的无畏车轮首次应用于蒸汽机 – 和1858年(第356号),后者是一种不切实际的姑息措施,涉及提升一个或另一个驾驶车轮便于转弯。

包括Richard Bach,Richard Garrett&Sons,Charles Burrell&Sons和Clayton&Shuttleworth在内的许多制造商都在许可下申请了Boydell专利。 英国军方早日对Boydell的发明感兴趣。 其中一个目标是运输Mallet’s Mortar,一个正在开发中的巨型36型武器,但是,在克里米亚战争结束时,迫击炮尚未准备好服役。 由军械委员会选定委员会进行的关于蒸汽牵引试验的详细报告于1856年6月公布,到那时克里米亚战争已经结束,因此迫击炮及其运输变得无关紧要。 在那些测试中,Garrett发动机在Plumstead Common上完成了它的步伐。 Garrett发动机在Lord Mayor的伦敦演出中亮相,并在接下来的一个月内发动机被运往澳大利亚。 在巴赫的伯明翰工厂建造了一台采用无畏轮子的蒸汽拖拉机,并在1856年至1858年之间用于在塞特福德耕作; 在克里米亚战争结束后,第一代Burrell / Boydell发动机于1856年在圣尼古拉斯工厂建造。 在1856年末至1862年间,Burrell制造了不少于一部分装有无畏车轮的发动机。 1858年4月,“工程师”简要描述了装有无畏轮子的克莱顿和沙特尔沃思发动机,这种发动机不是向西方同盟国提供的,而是向俄罗斯政府提供在战后的克里米亚重型炮兵运输期。 装有无畏轮子的蒸汽拖拉机有许多缺点,尽管有1850年代后期的创造,但从未广泛使用过。

1858年8月,在克里米亚战争结束两年多之后,约翰福勒以另一种形式的“无尽铁路”提出了英国专利第1948号。 在他对本发明的描述中,福勒在他的车辆的每一侧使用了一对直径相等的车轮,在这对车轮周围有一对由8个连接段组成的“轨道”,每对车轮之间有一个较小的骑师/驱动轮。轮子,支持’轨道’。 仅包含八个部分,“轨道”部分基本上是“纵向”,如Boydell的初始设计。 福勒的布局是多节履带的前身,其中使用了相对大量的短“横向”胎面,正如乔治·卡利爵士在1825年提出的那样,而不是少数相对较长的“纵向”胎面。

继1848年福勒的1858年专利之后,俄罗斯的费奥多尔·布利诺夫(Fyodor Blinov)创造了一种名为“在无尽的铁轨上移动的马车”的履带式车辆(毛毛虫)。 它缺乏自我推进力,被马拉。 Blinov于1878年获得了他的“旅行车”专利。从1881年到1888年,他开发了一种蒸汽动力履带式拖拉机。 这种自行式履带式挖掘机在1896年的农民展览中得到了成功的测试和展示。

蒸汽牵引发动机于19世纪末在波尔战争中使用。 但是既没有使用无畏的轮子也没有使用连续的轨道,而是根据需要将“铺开”的木板路扔在车轮下面。

简而言之,虽然连续轨道的发展在18世纪和19世纪引起了许多发明者的注意,但连续轨道的普遍使用和开发属于20世纪。

20世纪
一位鲜为人知的美国发明家Henry T. Stith开发了一种连续轨道原型,它以多种形式在1873年,1880年和1900年获得专利。最后一个是将轨道应用于原型越野自行车的建造为他的儿子。 1900年的原型由他幸存的家庭保留。

Frank Beamond是一位不太知名但又重要的英国发明家,他设计并制造了履带式履带,并于1900年和1907年在许多国家获得了专利。

商业成功
Alvin Orlando Lombard为Lombard Steam Log Hauler发明并实施了一条有效的连续轨道。 他于1901年获得专利,并于同年在缅因州沃特维尔的沃特维尔铁厂建造了第一台蒸汽动力原木搬运车。 总共有83辆Lombard蒸汽原木运输车已经建成至1917年,当时生产完全转向内燃机驱动的机器,最终在1934年以费尔班克斯的柴油动力装置结束。毫无疑问,Alvin Lombard是第一家商业制造商。拖拉机履带。

Lombard的蒸汽动力机器中至少有一台显然仍在运转。 奥古斯塔的缅因州立博物馆展出了一辆以汽油为动力的伦巴第搬运工。 此外,在伦巴第许可下建造的蒸汽原木搬运车的凤凰Centipeed版本可能高达两倍,垂直而不是水平气缸。 1903年,Holt Manufacturing的创始人Benjamin Holt向伦巴第支付了60,000美元,用于根据他的专利生产车辆的权利。

大约在同一时间,英国农业公司Hornsby在格兰瑟姆开发了一条连续轨道,该轨道于1905年获得专利。该设计与现代轨道的不同之处在于它仅在一个方向上弯曲,其效果是链接锁定在一起形成一个公路车轮上的实心轨道。 霍恩斯比的履带式车辆在1905年至1910年期间曾多次被英国陆军作为炮兵拖拉机进行试验,但未被采用。 Hornsby拖拉机配备了履带式离合器装置,这是现代履带式操作的基础。 该专利由Holt购买。

军事申请
连续轨道首先应用于英国原型坦克小威利的军用车辆。 英国陆军军官欧内斯特斯温顿上校和莫里斯汉基上校相信,有可能开发一种可以防止机枪射击的战车。

毛虫
这个名字来自一名士兵在对Hornsby履带的测试期间,“试验于1907年7月在Aldershot开始。士兵立即将70马力的No.2机器命名为’caterpillar’。”

霍尔特为他的“履带式”拖拉机采用了这个名称。 Holt开始从蒸汽转向汽油动力设计,并于1908年推出了40马力的“Holt Model 40 Caterpillar”。 霍尔特于1910年初成立了霍尔特卡特彼勒公司,当年晚些时候,他为连续轨道注册了“卡特彼勒”的商标。

在1908年的一份备忘录中,南极探险家罗伯特·法尔肯·斯科特(Robert Falcon Scott)提出了他的观点,即人类在南极的牵引是不可能的,需要马达牵引力。 然而雪车并不存在,因此他的工程师雷金纳德斯凯尔顿(Reginald Skelton)提出了雪地履带履带的想法。 这些履带式马达由伯明翰的Wolseley工具和汽车公司制造,在瑞士和挪威进行了测试,可以在Herbert Ponting 1911年的斯科特南极Terra Nova Expedition纪录片中看到。 斯科特在1912年的探险中去世,但探险队成员和传记作家阿普斯利·切里·加拉德将斯科特的“马达”归功于英国第一次世界大战坦克的灵感,写道:“斯科特从不知道他们真正的可能性;因为他们是直接的祖先法国的’坦克’。“

在第一次世界大战期间,英国和奥匈帝国军队使用霍尔特拖拉机牵引重型火炮并刺激了几个国家的坦克发展。 第一批投入使用的坦克,由英国制造的Mark I,是从头开始设计的,受到了霍尔特的启发,但并非直接基于霍尔特。 稍后的法国和德国坦克是在改装的Holt跑步装备上制造的。

卡特彼勒拖拉机公司始于1925年,由Holt制造公司和CL Best Tractor公司合并而成,这是一家早期成功的履带式拖拉机制造商。

随着1977年卡特彼勒D10的推​​出,卡特彼勒重新设计了Holt and Best的设计,这是一种高链轮驱动,因为它被称为“高驱动”,它具有保持主驱动轴远离地面冲击和污垢的优势,以及仍在其较大的推土机中使用。

专利史
一长串专利纠纷是谁是连续曲目的“鼻祖”。 虽然这些设计通常不像现代履带式车辆,但是有许多设计试图实现履带铺设机构。

Blinov
1877年,俄罗斯发明家费奥多尔·阿布拉莫维奇·布利诺夫(Fyodor Abramovich Blinov)创造了一种名为“在无尽的铁轨上移动的马车”(履带车)的履带式车辆。 它缺乏自我推动而且是马拉的。 Blinov明年获得了他的“旅行车”专利。 后来,在1881年至1888年,他创造了一种蒸汽动力履带式拖拉机。 这种自行式履带式挖掘机在1896年的农民展览会上成功通过测试并展出。

Dinsmoor
根据科学美国人的说法,宾夕法尼亚州沃伦的查尔斯·丁斯莫尔发明了一种无穷无尽的“车辆”。 文章详细描述了无尽的轨道,插图看起来很像今天的履带式车辆。 该发明于1886年11月2日获得专利,编号为351,749。

隆巴德
缅因州沃特维尔的Alvin O. Lombard于1901年获得Lombard Steam Log Hauler专利,该专利类似于普通的铁路蒸汽机车,前部有雪橇支架,后部有爬行器,用于在美国东北部和加拿大运输原木。 这些搬运工允许纸浆在冬天被带到河里。 在此之前,马只能用到雪深度使得拖运不可能。 伦巴第开始商业化生产,一直持续到1917年左右,当时焦点完全转向汽油动力机器。 缅因州奥古斯塔的缅因州立博物馆展出了一辆汽油动力搬运车。

霍恩斯比/霍尔特/凤凰
在Lombard开始运营之后,英国的Hornsby制造了至少两台全长“履带式转向”机器,他们的专利后来由Holt于1913年购买,使Holt声称自己是履带式拖拉机的“发明者”。 由于“坦克”是一个英国概念,因此很可能是Hornsby,它已经建成并且没有成功地投入他们的军队,是灵感。

在涉及竞争对手爬虫建造商Best的专利纠纷案中,来自包括伦巴第在内的人士提出了证词,霍尔特曾检查过一辆运往西部州的Lombard原木搬运工,后来他们将在威斯康星州Eau Claire建造Phoenix登山搬运工。伦巴第的许可证。 Phoenix Centipeed通常有一个更高级的木制驾驶室,方向盘以45度角向前倾斜而垂直向前倾斜而不是水平气缸。

林恩
与此同时,隆巴德为缅因州旧城区的霍尔曼哈利(弗兰纳里)林恩建造了一个汽油动力汽车之家,用于拉动他的狗和小马表演的装备车,类似于前面只有车轮和伦巴第履带车的小车。在后面。 在此之前,Linn已经尝试过汽油和蒸汽动力汽车以及六轮驱动,并且在某些时候进入伦巴第作为示范,机械和销售代理的工作。 这导致了一个专利权的所有权问题,因为旧的风景如画的木桥问题,在1909年建造一辆三轮车安排的后置汽油动力道路发动机以取代更大的汽车之家。 这一争议导致Linn离开缅因州并搬迁到纽约的莫里斯,以建造一种改进的轮廓跟随柔性滞后踏板或履带式车辆,独立悬挂式半履带式车辆,汽油和后来的柴油动力。 虽然有几艘是在1917年至1946年间交付用于军事用途的,但是林恩从未收到任何大规模的军事命令。 1917年至1952年间的大部分生产,大约2500个单位,直接销售给公路部门和承包商。 钢轨和有效载荷能力允许这些机器在地形中工作,这通常会导致20世纪30年代中期之前存在的质量较差的橡胶轮胎无用地旋转,或者完全撕碎。

Linn是农村地区实践之前的除雪先锋,两侧有一个9英尺长的钢制V型犁和16英尺可调节的水平翼。 一旦高速公路系统铺设完成,可以通过改进轮胎设计的四轮驱动卡车进行扫雪,而林恩则成为越野车辆,用于伐木,采矿,大坝建设,北极勘探等。

工程

操舵
通过向车辆的一侧施加比另一侧更多或更少的驱动扭矩来连续跟踪车辆转向,并且这可以以各种方式实现。

建设和运营
现代轨道由模块化链条构成,它们共同构成一个封闭的链条。 链节通过铰链连接,这使得轨道可以是柔性的并且环绕一组轮子以形成无限循环。 链节通常较宽,并且可以由锰合金钢制成,以获得高强度,硬度和耐磨性。

轨道施工和装配由应用决定。 军用车辆使用与链条结构不可分割的履带板,以减轻履带重量。 减轻重量可使车辆更快地移动并降低整车重量以便于运输。 由于履带重量完全是非弹簧式的,因此减速可以提高履带动量显着的速度下的悬架性能。 相比之下,农业和工程车辆选择带有鞋的轨道,该鞋用螺栓连接到链条上,而不构成链条结构的一部分。 这允许履带板在不损害车辆移动能力的情况下破坏并降低生产率,但增加了履带和车辆的总重量。

车辆的重量通过许多车轮或称为转向架的车轮转移到轨道的底部长度。 公路车轮通常安装在某种形式的悬架上,以便在粗糙的地面上缓冲行驶。 军用车辆的悬架设计是一个重要的发展领域; 早期的设计往往是完全没有弹簧的。 后来开发的公路车轮悬架使用弹簧仅提供几英寸的行程,而现代的液压气动系统允许几英尺的行程并包括减震器。 扭杆悬架已成为最常见的军用车辆悬架类型。 施工车辆具有较小的车轮,其主要设计用于防止履带脱轨,并且它们通常包含在单个转向架中,该转向架包括惰轮,有时包括链轮。

通过驱动轮或驱动链轮实现向轨道的动力传递,驱动轮或驱动链轮由电动机驱动并与轨道连杆中的孔接合或与其上的销钉接合以驱动轨道。 在军用车辆中,驱动轮通常安装在地面上的接触区域上方,允许其固定就位。 在农用履带中,它通常作为转向架的一部分加入。 将悬架放置在链轮上是可能的,但机械上更复杂。 一个无动力的轮子,一个惰轮,放置在轨道的另一端,主要是为了拉紧轨道,因为松散的轨道可以很容易地从轮子上抛出(滑动)。 为了防止抛掷,履带链节的内表面通常具有垂直的引导角,其与双向道路和惰轮/链轮之间的凹槽或间隙接合。 在具有后链轮的军用车辆中,惰轮放置得比车轮高,以允许其越过障碍物。 一些轨道布置使用返回辊来保持轨道的顶部在驱动链轮和惰轮之间笔直地延伸。 其他的,称为松弛轨道,允许轨道下垂并沿着大型车轮的顶部运行。 这是科视Christie悬架的一个特点,导致偶尔错误识别其他装备有轨道的车辆。

重叠的车轮
许多第二次世界大战的德国军用车辆,最初(从20世纪30年代末开始)包括最初设计为半履带和所有后期坦克设计的所有车辆(在Panzer IV之后),具有松弛轨道系统,通常由前方驱动 – 位于驱动链轮上的轨道,沿着重叠且有时交错的大直径车轮设计的顶部返回,如Tiger I和Panther坦克的悬挂系统,德语中的Schachtellaufwerk一般称为两个半轨和完全跟踪的车辆。 每个轴有一个(有时是双)轮的悬架,交替地支撑轨道的内侧和外侧,以及每个轴有两个或三个车轮的交错悬架,将负载分布在轨道上。

重叠/交错的车轮的选择允许使用稍微更多的扭杆悬挂构件,允许具有这种装置的任何德国履带式军用车辆在具有挑战性的地形上具有明显更平稳的驾驶,从而减少磨损并且更准确地着火。 虽然有一些主要的缺点,一个在俄罗斯前线,泥浆会卡在重叠的车轮之间,并会冻结,使车辆无法动弹。 随着履带式车辆的移动,每个车轮的负载在轨道上移动,向下推动它下方的地球,雪等部分,类似于轮式车辆,但程度较小,因为胎面有助于分配负载。 显然,在某些表面上,这会消耗足够的能量以使车辆显着减速,因此重叠和交错的车轮通过更均匀地加载轨道来改善性能(包括燃料消耗)。 它还必须延长轨道和轮子的使用寿命。 车轮还可以更好地保护车辆免受敌人的火灾,并且当一些车轮丢失时可以提高机动性。 但是,自第二次世界大战结束以来,这种复杂的方法还没有被使 这可能更多地与维护相关而不是与原始成本相关。 扭杆和轴承可保持干燥和清洁,但车轮和胎面在泥,沙,岩石,雪等工作。 此外,必须移除外轮(最多9个,一些双)以进入内轮。 在第二次世界大战中,车辆通常必须在被摧毁或被俘之前维持几个月,但在和平时期,车辆必须在几十年内培训几名船员。

好处
与带轮子的车辆相比,履带式车辆在崎岖地形上具有更好 它们使凸起平滑,在小障碍物上滑行,并且能够在地形中穿越沟渠或断裂。 乘坐快速通道的车辆感觉就像骑在船上过度膨胀。 曲目不能被刺破或撕裂。 轨道不太可能卡在软土地,泥土或雪地中,因为它们将车辆的重量分布在较大的接触区域,从而降低了地面压力。 此外,较大的接触区域,与履带板上的防滑钉或履带板相结合,可以提供极佳的牵引力,从而可以更好地推动或拉动轮式车辆可以挖掘的大负荷。推土机,这是最大的经常跟踪,使用此属性来拯救其他车辆(例如轮式装载机),这些车辆已陷入或沉入地下。 轨道还可以提供更高的机动性,因为通过沿相反方向驱动轨道,履带式车辆可以在没有向前或向后移动的情况下转向。 此外,如果轨道被打破,假设有正确的工具,可以在不需要特殊设施的情况下进行维修; 在战斗情况下至关重要的事情。

七十吨的M1艾布拉姆斯坦克的平均地面压力刚刚超过15磅/平方英寸(100千帕)。 由于轮胎气压大约等于平均地面压力,因此典型的汽车将具有28psi(190kPa)至33psi(230kPa)的平均地面压力。

缺点
轨道的缺点是最低速度,更大的机械复杂性,更短的寿命以及它们的全钢版本对它们通过的表面造成的损坏。 它们被认为严重破坏了沥青路面等硬地形,但实际上地面压力明显低于同等或较轻的轮式车辆。 然而,它们经常会对草坪,碎石路和农田等不太坚固的地形造成损害,因为轨道的锋利边缘很容易撞到草皮。 因此,车辆法和当地法令通常需要橡胶轨道或履带板。 全钢和全橡胶履带之间存在折衷方案:将橡胶垫连接到单独的履带链节,确保连续履带车辆可以在铺砌的路面上更平稳,快速和安静地行驶。 虽然这些衬垫略微降低了车辆的越野牵引力,但理论上它们可以防止对任何路面造成损坏。

另外,轨道中单个段的损失使整个车辆固定不动,这在高可靠性很重要的情况下可能是不利的。 轨道也可以脱离其导轮,惰轮或链轮,这可能导致它们卡住或完全脱离导向系统(这被称为“抛出”轨道)。 卡住的轨道可能变得非常紧,以至于在可能的修理之前可能需要打破轨道,这需要爆炸物或特殊工具。 根据基轮模式和传动系,即使在失去一个或多个非顺序轮之后,多轮车辆,例如8×8军用车辆,也可能经常继续行驶。

许多制造商提供橡胶履带而不是钢,特别是用于农业应用。 不是由链接钢板制成的轨道,而是使用具有人字形胎面的增强橡胶带。 与钢轨相比,橡胶履带更轻,噪音更小,最大地面压力更小,不会损坏铺砌的道路。 缺点是它们不像钢轨那样坚固。 以前的带式系统,例如第二次世界大战中用于半轨道的系统,并没有那么强大,而且在军事行动中很容易受到破坏。 第一条橡胶履带由AdolpheKégresse发明并建造,并于1913年获得专利; 橡胶履带通常被称为Kégresse履带。

长时间使用会对驱动传动和轨道的机械结构造成巨大压力,必须对其进行大修或定期更换。 通常看到诸如推土机或坦克之类的履带式车辆通过诸如坦克运输车或火车的轮式运输车长距离运输,尽管技术进步使得这种做法在履带式军用车辆中不像以前那样普遍。

“直播”和“死”的曲目
曲目可以大致分为“现场”或“死”曲目。 “死”轨道是一种简单的设计,其中每个轨道板通过铰链式销钉连接到其余轨道板。 如果放在地上,这些死轨将平放; 在没有轨道本身辅助的情况下,驱动链轮将轨道拉到车轮周围。 “实时”轨道稍微复杂一些,每个链路通过衬套连接到下一个轨道,导致轨道略微向内弯曲。 留在地面上的一段活道将在每一端略微向上卷曲。 虽然驱动链轮仍然必须围绕车轮拉动轨道,但轨道本身往往会向内弯曲,稍微有助于链轮并且稍微符合车轮。

现有制造商
先驱制造商主要由大型拖拉机公司取代,如AGCO,利勃海尔集团,约翰迪尔,洋马,纽荷兰,久保田,凯斯,卡特彼勒公司,CLAAS。 此外,还有一些专门从事利基市场的履带式拖拉机公司。 例如,Otter Mfg.Co。和Struck Corporation。,自20世纪90年代中期以来,许多轮式车辆转换套件可从明尼苏达州的美国Mattracks公司获得。

俄罗斯越野车由ZZGT和Vityaz等公司建造。

在自然界
舟形藻硅藻因其相互之间以及诸如显微镜载玻片等硬表面上的蠕变而闻名。 据认为,在导管外壳的外侧是原生质的束带,可以流动并因此充当坦克轨道。