(以下文字相當硬,若對虎式的愛好只有8.8砲、厚重裝甲、魏特曼爺爺或是卡留斯爺爺的”豐功偉業”,請跳離此文章)
鉅細靡遺的研究
接下來較詳盡的說明則交由英國軍情局(British Military Intelligence)的報告書當中的摘錄:
“Preliminary Report No 19 PzKw VI (Tiger) Military College of Science SCHOOL OF TANK TECHNOLOGY November 1943”
“第19號初步報告 PzKw VI六號戰車(虎式) 軍事科學院 戰車技術學院 1943年11月“
(俯瞰與側視觀點的虎式動力總成位置)
(虎式戰車的變速/轉向系統總成)
變速箱(Gearbox)
配備著八個前進檔,四個倒車檔的邁巴赫-歐爾法(Maybach-Olvar)變速箱,為手排換檔(pre-selective)的液壓嚙合(hydraulic engagement)變速箱。變速箱內的齒輪組各自安裝在主齒輪軸(main shaft)、前進檔齒輪軸(lay shaft)以及倒退檔齒輪軸(reverse lay shaft)。
主齒輪軸是固定的,而前進/倒車這兩具齒輪軸隨著排檔桿的檔數變換而活動。
不管是主齒輪軸,還是前進/倒車檔齒輪軸都安裝四具齒輪(齒輪比都不同),都藉由駕駛踩踏離合器踏板讓齒輪組咬合或脫開。
最末端的離合器齒輪,同時連結著主齒輪軸與前進(或是倒車檔)齒輪軸,藉由排檔桿連結到變速箱裡頭的換檔制動叉(selection forks)拉動前進/倒車齒輪軸對上主齒輪軸,而且只有一隻活動齒輪軸會接上主齒輪軸。
換言之,車輛前進時,變速箱內部就是前進齒輪軸連上主齒輪軸;車輛倒車時,倒車齒輪軸便接上主齒輪軸。
但駕駛實際上操控的也不是齒輪軸,而是以排檔桿操控安置在變速箱內部的雙方向作動液壓缸(double acting hydraulic cylinder)。
液壓作動排檔的變速系統
變速箱內部的液壓缸一共有三組,兩組安在頂部(主齒輪軸與前進齒輪軸),一組安在底部(倒車齒輪軸)。液壓缸將排檔桿對應的檔數轉換,驅動相對應的制動叉,制動叉在推動前進/倒車齒輪軸上的其中一具齒輪接上主齒輪軸上的其中一具,齒輪接合後,引擎動力傳導到動輪的速度藉由齒輪比是該高速或是低速,前進或是倒車。
不管是前進還是倒車,駕駛都必須以右手邊的手排檔桿讓前進/後退齒輪組咬合在主齒輪軸上。
也就是說,駕駛在操控排檔桿的時候,操控著液壓缸內的閥門,讓液壓油流動在缸的兩個空間裡,活塞便隨著液壓油的流動而移動位置,驅動連接在上頭的制動叉,也就是說當排檔桿推至前進檔位時,液壓缸驅動制動叉將前進齒輪軸便會接上主齒輪軸,放在空檔時所有的齒輪軸都各自分開,推到倒車檔時,液壓缸驅動制動叉將倒車齒輪軸便接上主齒輪軸。
如此一來,變速箱才能照著指示推上正確的齒輪,傳達足夠的動力,戰車才能前進或倒車。
主齒輪軸末端延伸出來的最終輸出軸(final output shaft,位在變速箱靠車頭端,與轉向裝置相連接)有一具螺旋錐(spiral bevel)與之接合,會依照轉向裝置的提示來瘸定要同時給左右兩個動輪相同的動力,或是一大一小好讓車輛轉彎。
與傳動軸連接的一端則是一具多重碟盤離合器(multi-disc centrifugal clutch),駕駛藉著離合器踏板讓變速箱暫時脫離引擎動力換檔,換上正確檔位後再放開離合器,動力再次輸入變速箱。
當然這個離合器(Clutch)的操控也有一具液壓缸來作動,也和排檔桿一樣有制動叉(withdrawal fork)。
可想而知要操作離合器,也是要先讓液壓缸作動,液壓缸再驅動這個制動叉拉動離合器開合。
(離合器的示意圖)
一個小型錐體形狀的離合器接收自傳動軸輸入的動力,並傳導到變速箱裡,也一併讓變速箱內部的液壓缸隨之作動。經由變速箱內部尾端的兩個齒輪,將引擎動力傳導到兩具油泵裡頭(安裝在變速箱裡)。另外一組齒輪則連結到駕駛右手邊的轉速表上,讓駕駛了解引擎轉速與車輛的速度等一切可以得知的數據。
由液壓作動的離合器踏板舒緩主離合器直接傳達到駕駛腳上的力道,讓駕駛輕鬆些。 主齒輪軸上的二檔,還一併傳動油門的液壓裝置。
由此可知虎式戰車需要液壓作動的部分可真不少,但也必須要藉此了解一件事:若這一切都是要用機械槓桿來操作,這輛戰車沒有任何駕駛能夠操控,更不可能訓練出駕駛。
在變速箱上有一串以銘板刻製的數字表記:
123435678 135722468 125613478
這一連串數字:以菱形框起來的數字(紅色粗體數字)是對應哪一號液壓缸正在作動中。
在菱形框數字(紅色粗體數字)之前的數字是表記在這個液壓缸下作動的齒輪軸上的所有可以選擇的前進檔數,而在菱形框數字(紅色粗體數字)之後的數字則是這個液壓缸下作動的齒輪軸上的所有可以選擇的倒車檔數,換言之這著數字表是表記:在一定的齒輪比下,戰車可以前進幾檔/倒車幾檔。
也等於是在告訴駕駛,在什麼地形就用哪一組液壓缸。
八組前進齒輪與傳動軸上的齒輪組的”齒輪比”是這個樣子的:
8th | .98-1 |
7th | 1.61-1 |
6th | 2.11-1 |
5th | 3.16-1 |
4th | 4.86-1 |
3rd | 7.15-1 |
2nd | 10.2-1 |
1st | 15.4-1 |
至於四組倒車齒輪的齒輪比相當於前進檔1~4組的齒輪,但齒輪比的數值較低些。
虎式戰車的駕駛座,從左邊開始算是手剎車桿(handbrake lever)、左轉向桿(left steering stick)、方向盤(steering wheel)、右轉向桿(right steering stick)、離合器接合桿、變速排檔桿(gear pre-selector lever)。方向盤底下的三個踏板由左至右個別是離合器、剎車、油門。方向盤前方的小窗就是由活動裝甲板遮擋的防彈玻璃,防彈玻璃旁的小轉盤是用來調整防彈裝甲板的開合。
轉向系統(Steering unit)
轉向系統將變速箱傳送過來的動力,藉由數個錐狀齒輪的”轉向”,將動力朝左右兩側導出,接到最終減速齒輪內部的環狀齒輪總成。
在這個轉向系統裡頭,有二至四個由液壓操控的多重離合器(multi-disc clutches),以左右轉速差掌控著動力與車輛行進方向,並導入最終減速總成的環狀齒輪裡。
離合器總成接收經由變速箱整合完成的動力,在一開始接收動力的時候前幾組齒輪會與引擎轉速同步,然後隨著齒輪比的逐步縮小之下,轉速傳導到最終減速齒輪上的環狀齒輪時,引擎”轉速”已經降到可以讓動輪驅動戰車了。
雖然轉向系統把動力分流到左右兩個動輪上,但是旋轉的方向是相反的,所以在這裡還要再經過一組齒輪的”反轉”才能把動力”回正”。
一定有人會問為何要降轉速,很簡單,若不這麼做,3000轉的扭力傳達到動輪上,虎式只有兩個結果:
一個是車頭裝上螺旋槳虎式就可以飛,
另一個就是要讓虎式戰車停下來除了熄火沒有別的辦法。
轉向系統裡的液壓泵安置在與變速箱連接位置,轉向系統總成的上部。如何操控這個液壓泵,就是駕駛手前的這個方向盤。駕駛在操控方向盤的時候實際上是操控裡頭的活塞,活塞把一邊的油推擠出,也引入另一邊的油轉向系統了離合器的左右受力不一樣,就會讓左右傳動的轉速不一樣,轉速不一樣,動輪的轉速就不同,兩邊不同,戰車自然就能”轉彎”。
不過也別擔心這個系統一但掛掉就無法讓戰車轉彎。
駕駛在操控戰車時也可以使用駕駛兩腳邊的操作桿,來操控左右動輪的剎車好讓戰車轉向,雖然不如方向盤靈活,但卻是個可靠的備用系統。
變速箱與轉向系統,內部也是有機油的。
有一個機油濾清器可以同時過濾變速箱與轉向系統的機油,這兩個系統共用一個油表尺,檢查口與加注口都在同一個。油表尺就連結在加注口的護蓋上。
變速箱的潤滑油容量一共為32公升(相當於7英制加侖)。
(最終減速齒輪總成)
最終減速齒輪系統(Final drive)
最終減速齒輪系統是以螺栓固定在車體前下半部外側,內部共分成兩大組件。
(a)直接減速齒輪組(以齒輪比來減低轉速)。
(b) 星狀齒輪組(維持足夠且穩定的動力輸出)
自變速箱、轉向系統輸出轉換而來的引擎動力來到這裡之後,高速運轉的小齒輪連接上慢速運轉的大齒輪(齒輪比是10.55:1),大齒輪再以齒輪軸連結到小齒輪上,小齒輪再與數個隨著環狀齒輪轉動的小齒輪嚙合,然後才把動力傳到動輪上。
最終減速齒輪總成的外殼,是硬化處理的鑄鐵結構物,也必須定時檢查潤滑油的存量並定期更換(有加注口、排油口、潤滑油檢查口),潤滑油的容量為8公升(相當於14品脫”pint”)。
公路奔馳=荒地爆走
雖然動力部分(指邁巴赫HL210/230)的表現並不出色, 但是傳動系統完全將動力毫不保留的傳達到動輪與履帶上,使得虎式有著不同於外貌的輕快,以及同一年代同一噸位級數戰車的敏捷。動力輸出上不但是一次到位,更是完全無視於傳動軸扭矩3.44m(11.28ft)的長度。
虎式戰車的速度與同時期德國戰車相比較,雖然在道路極速上是敬陪末座,但在越野速度上竟然只比豹式慢一點(名符其實的公路=越野):
Model | On-road Speed | Off-road Speed |
Panzer III | 40 km/h | 18 km/h |
Panzer IV | 40 km/h | 20 km/h |
Tiger I | 38 km/h | 20 km/h |
Panther | 46 km/h | 24 km/h |
(對裝甲兵而言,戰車上的每一個行頭都需要悉心照料)
結語
藉由可靠的傳動系統與轉向系統,在加上性能實在的邁巴赫引擎,虎式戰車不但容易操控,而且比同時期同一噸位級數的戰車來的靈活敏捷。光是基於這一點,虎式的緩慢笨重只是個不明其內部強悍的迷思罷了。
(其實KV戰車並沒有比虎式大,相反的顯得瘦弱些)
同時期的KV戰車,不但換檔困難,變速箱與轉向系統又故障百出(駕駛的隨身裝備是鐵槌,槌排檔桿用的)。而其他的戰車不管是哪一級數的,不管是轉向還是行進,操控起來的壓力簡直是現在咱們這群開慣了”自排車”的晚輩們所無法想像的。
(戰車學校的小妹介紹九七式的駕駛座,這還只是簡圖而已)
(日本的九七式"中戰車",在其他國家等級,只能算偵搜用輕裝甲車)
以日本帝國陸軍的九七式中戰車來說,左右履帶有各自的離合器與剎車操作桿之外,雙腳跟前還有三個踏板(油門、剎車、離合器),所以不難想像日本戰車的駕駛有多”厲害”。
當然,虎式只是輕鬆一點,就那麼”一點”而已!
文字出處:
http://www.alanhamby.com/transmission.shtml
追記
液壓轉向系統,並沒有離咱們太遙遠。
舉凡道路整地用機械,如壓路機(Road_roller)、重型傾卸車(Dump_truck)等土木作業機械,都需要這樣的轉向系統。因為若是以一般機械式的轉向系統來操作,那就沒有人能夠操控這些車輛,因為方向盤會重到無法轉動。
(鋼製滾輪與壓路機動力本體連結的方式就是液壓轉向系統)
(關節式傾卸車,車斗與車頭之間就是以液壓轉向系統連結)
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