浅谈坦克悬挂装置

“豹”2系列主战坦克的悬挂装置实物

悬挂装置安装在坦克车体和负重轮之间，其功能，一是弹性支撑车体，减少履带和负重轮在路面行驶时产生的振动，改善车内乘员的工作环境；二是减少振动对车辆各部件的损伤，增强可靠性，确保坦克在任何路面都能充分发挥动力-传动装置的效能，从而使坦克具有良好的机动性。

坦克悬挂的一个重要指标是悬挂动行程，如图：动行程（红色），静行程（蓝色），总行程（紫色）。行程越大悬挂性能越好。

悬挂装置包括弹性元件、阻尼元件以及相关的控制和链接部件。如果将悬挂按载荷传至负重轮的方法进行分类，则车体与负重轮独立连接的称为独立式悬挂；将两个以上负重轮安装在同一机构上的称为平衡式悬挂。

下面以独立式悬挂为例，介绍常见的弹性元件。

因为负重轮需要上下运动，所以大多数负重轮都安装在一个摇臂上，这个摇臂通常称为平衡肘。平衡肘与车体之间安装有弹性元件，而弹性元件是坦克悬挂的核心部分，对悬挂装置的性能起到关键作用。

圆柱螺旋弹簧式弹性元件

片状弹簧式弹性元件

蜗卷弹簧式弹性元件

这三种弹性元件在结构上略有区别。但均因体积大、质量大、缓冲能力和可靠性差等原因被淘汰，现代坦克很少使用弹簧式弹性元件。

现代坦克悬挂主要为扭杆式弹性元件。扭杆两端均有花键，一端安装在车体上，另一端安装在平衡肘上，靠扭转弹力来吸收振动能量。扭杆悬挂又可分为单扭杆和双扭杆。

下图为单扭杆悬挂，使用单根扭杆，其长度贯穿整个车宽，使悬挂装置的刚度及剪应力较小。

单扭杆悬挂

下图为双扭杆悬挂。双扭杆又可分为两根实心或一实一套同轴式两种结构。图示为两根实心结构的双扭杆悬挂。两根扭杆可依次或同时扭转。依次扭转可降低装置的等效刚度和扭杆内应力，同时扭转则可增加装置的刚度。

两根实心结构式双扭杆悬挂

下图为一实一套同轴式结构的双扭杆悬挂。其特点是可减小悬挂装置占用车体内的空间，改善车辆可操作性，但它却难以实现大悬挂装置行程。

一实一套同轴结构式双扭杆悬挂

减振器是安装在车体和负重轮之间的阻尼元件，用来消耗车体的振动能量，衰减振动，以防止共振情况下车体振幅过大。坦克由于车身较长，仰俯振动显著，对乘员的舒适性和射击准确性影响较大。在车首和车尾安装减震器能够提供更大的阻尼力矩。现代坦克多在最前、最后1或2个负重轮处安装减振器，以便有效衰减车体仰俯振动。目前坦克减振器主要分为液压减振器和摩擦式减振器两种。其中液压减振器又可分为筒式减振器和叶片式减振器。下图为筒式减振器结构图。筒式减振器结构简单，制造工艺好，工作性能稳定，应用广泛。但是通常布置在车体外，防护性较差。

筒式减振器结构

下图为苏联T-64坦克筒式减振器实物图。

T-64坦克的筒式减振器实物

下图为叶片式减振器结构图。

叶片式减振器结构

当负重轮跳动时，叶片式减振器的摆臂随着平衡肘、连杆进行摆动，使得叶片在壳体内回转，在减振器内部形成高压腔和低压腔，叶片扫过的体积即为通过阻尼孔的流量。

叶片式减震器工作原理示意图

叶片式减振器安装与车体两侧，通过拉杆与平衡肘相连。

叶片式减振器本身牢固，又布置在负重轮内侧，防护性好，与车体侧装甲大面积接触，提高了散热能力。但是制造比较复杂，质量和尺寸比较大，内部密封困难，缝隙多，阻尼力散布大，存在大量的缝隙流动，因此阻尼系数受液体黏度影响大，温衰明显。下图为苏联T-72坦克叶片式减振器实物，叶片上为阻尼孔。

T-72坦克的叶片式减振器实物

下图为摩擦式减振器结构图。其利用摩擦阻尼消耗振动能量，减弱车体振动。其结构十分简单，热平衡温度高，摩擦式减振器可与扭杆同轴布置，体积小，结构紧凑，但在此布局下，摩擦式减振器的发热容易使扭杆端部退火，因此摩擦片与扭杆之间的隔热非常重要。摩擦式减振器的特点是大转角、大能量、结构简单、防护性好，但对于摩擦片的加工精度和材料等级有较高要求，只有较高的工业水平才可以生产出质量可靠的摩擦式减振器。

摩擦式减振器结构

限制器的作用是限制坦克在克服大的不平度障碍时，悬挂的弹性元件不会因为变形过大而损坏，同时为平衡肘提供辅助支撑，改善受力状态。图为限制器常见的布置位置，在平衡肘和限制器接触前，可以认为平衡肘是悬臂梁，当限制器与平衡肘接触后，可以将平衡肘看作是外伸梁，其受力状态显著改善。

坦克悬挂装置采用的限制器主要有三种：刚性限制器、弹性限制器和阻尼限制器。后两者由于具有弹性，也被称为缓冲器。

限制器的布置位置

刚性限制器就是在悬挂最大行程处设置一个金属挡块，使平衡肘的运动幅度不能超过设计的行程。但由于刚性限制器刚度很大，没有缓冲能力，会给车体带来较大的冲击载荷。下图为美国M60A3坦克的限制器，片状金属挡块。

M60A3坦克的限制器实物

弹性限制器就是将刚性限制器的金属块以刚度相对较小的弹性元件来代替的限制器。弹性元件包括橡胶块、锥形涡卷弹簧和碟形弹簧等。图为苏联IS-7坦克的限制器，其弹性元件为锥形涡卷弹簧，支撑位置比较特别，位于平衡肘一端。

IS-7坦克的限制器实物

阻尼限制器是利用缓冲器本身的阻尼特性来消耗车辆振动的动能的限制器，相当于一个小号的减振器，再次起到减振的作用。主要分为液压式和胶泥式。下图为液压限制器的结构，工作原理与筒式减振器类似。

液压限制器结构

下图为德国“豹”2A5主战坦克的限制器，液压阻尼限制器。

“豹”2A5主战坦克的限制器实物

胶泥限制器的工作原理和液压限制器类似，不同的是胶泥限制器阻尼体为高分子塑性体。该塑性体通过小孔也可以提供阻尼，与液压油相比，胶泥具有较小的体积弹性模量，因此它可以被压缩。由于胶泥的流动性差，因此密封相对容易，且胶泥可以耐受300°C的高温，增大了限制器的工作温度范围和吸能容量。

弹性胶泥限制器结构

随着技术的发展，出现了油气悬挂（Hydrogas suspension），以气体作为弹性介质、液压油作为传力介质，不但具有良好的缓冲能力，还具有减振作用，这就相当于集成了传统悬挂弹性元件和阻尼元件，同时还可调节坦克的高度。下图为油气悬挂原理示意图。利用液压油传递力、高压氮气作为弹性介质，油气悬挂中含有一个高压气体体积可变的密闭气室，其余空间充满液压油，并通过阻尼阀与动力缸相连，液压油进出改变气室占有的容积，气体压强随之变化，起到储能与释放能力的作用。

油气悬挂原理示意图

油气悬挂主要有以下特点：1、具有渐增的非线性刚度特性，在平坦地面上行驶时，动行程小，悬挂刚度较小，行驶平顺性好；而在起伏地行驶时，随着负重轮行程的增大，其悬挂刚度变大，能吸收较多的冲击能力，避免产生悬挂刚性碰撞，较好的满足了行驶平顺性和缓冲可靠性的需求。

2、装有可调式油气悬挂的坦克可以调整车辆的仰俯、侧倾姿态和车体距地高度，即可提高车辆的通过性，扩大火炮的射角范围。

3、可以实现悬挂闭锁，液压闭锁可使弹性悬挂接近刚性悬挂，消除射击时车体的振动，提高射击精度。

“挑战者”主战坦克的悬挂装置结构

下图为英国“挑战者”主战坦克使用的油气悬挂。使用油气悬挂后，就不再需要减振器。

“挑战者”主战坦克的油气悬挂实物