Meccanica tank/panzer.
Considerazioni sui sistemi di direzione dei mezzi cingolati.
Queste poche righe per apprendere le nozioni basilari dei sistemi direzionali dei veicoli cingolati, siano essi civili o militari.
Per direzionare un veicolo cingolato è necessario rallentare o fermare un cingolo rispetto all’altro, si ottiene così un sistema di frenatura, parziale o totale. Il veicolo farà perno sul cingolo più lento e ruoterà secondo un raggio più o meno ampio. Esistono due metodi fondamentali, la sterzatura a freno e la sterzatura a differenziale.
Considerazioni sulla progettazione.
Un sistema di sterzatura deve essere facile da usare. I carri sono mezzi incredibilmente pesanti, potenti e costosi, in genere vengono usati da giovani reclute con esperienze limitate, di notte, con scarsa visibilità fuori strada, in zone poco familiari e spesso sotto il fuoco nemico. Pertanto, qualunque meccanismo di sterzo venga adottato, deve essere abbastanza semplice da gestire e sopratutto deve anche essere efficiente. Le eventuali inefficienze producono calore, di solito l'attrito in un freno o della frizione che slitta e, dal momento che un veicolo cingolato è pesante ed implica un motore potente, l'inefficienza è in grado di produrre una quantità di calore problematica. Ad esempio, un motore di 1500 CV accoppiato ad una trasmissione efficiente al 50% produrrà 60.000 watt di calore non voluto. Tutto questo calore deve essere estratto dal veicolo prima che causi problemi, inoltre, tutto significa energia non più disponibile all’asse, con una trasmissione più efficiente si potrebbero ridurre peso, serbatoio, e calore dissipato. In un mezzo civile questi problemi si riducono per importanza, ma comunque sempre problemi da affrontare.
Sistemi di guida.
Dual Drive.
Il modo più semplice per raggiungere questo obiettivo è quello di accoppiare ad ogni cingolo una sorgente di alimentazione separata. I veicoli cingolati più antichi, tra cui il trattore di Holt, fine del 1800 e del Whippet, il British Light Tank della 1 guerra mondiale, funzionavano con questo principio che però aveva i suoi inconvenienti. Prima di tutto, erano necessari due motori. Nel caso di un trattore alimentato a vapore, questo non era un problema, dal momento che il "motore" era solo una piccola parte del tutto, e due (o più potevano, e spesso era così condividere una singola caldaia. Nel caso dei motori a combustione interna, tuttavia, erano necessari due motori completi, con tutto il peso extra, la complessità e la relativa manutenzione. In questo caso, due motori non si traducevano in una l'affidabilità doppia, ma metà affidabilità di un singolo motore, nel caso di mal funzionamento di uno dei due motori il veicolo era capace solo di girare in tondo.
Un secondo problema era la difficoltà di guidare in linea retta. La velocità di un cingolo è in funzione della potenza ad esso applicata e alla resistenza del terreno. Mentre è impossibile coordinare due motori in modo tale da produrre la stessa quantità di energia, è altamente improbabile che ogni cingolo incontri la stessa resistenza nel terreno, e di conseguenza i cingoli gireranno a velocità leggermente diverse. Inoltre la resistenza offerta dal terreno era una continua variabile costringendo il conduttore a continui aggiustamenti di traiettoria. Tuttavia, ogni cingolo con una sorgente di alimentazione separata ha un vantaggio, il fatto cioè di poter invertire il senso di marcia di un cingolo e quindi piroettare sull’asse del carro, tutto a vantaggio della mobilità. La difficoltà è nel viaggiare in linea retta, a minima è bassa velocità i moderni bulldozer spesso utilizzano questo sistema, anche se leggermente modificato con un unico motore, una pompa idraulica e due motori idraulici, uno per ogni cingolo. Molti modelli RC utilizzano questo sistema con due motori elettrici, e? poco costoso e di facile attuabilità.
Frizione-freno di sterzo.
Molto meno complicato (in quanto richiede un solo motore) ha frizione ed impianto frenante, dove la produzione di una singola fonte di alimentazione accoppiata ai cingoli direttamente. Dal momento che sono fisicamente collegati gli uni agli altri, i cingoli viaggiano alla stessa velocità ed il veicolo viaggia in linea retta. Per consentire la sterzata ogni cigolo può essere disaccoppiato dal motore con una frizione, che consente di girare abbastanza dolcemente. Un freno può rallentare per stringere la curva, fino al punto di fermarsi e stringere la curva il più possibile.
Con questo sistema il carro è abbastanza semplice e facile da guidare, e la maggior parte dei carri armati della prima guerra mondiale, usavano questo metodo di sterzatura. Tuttavia, non è molto efficiente. Un cingolo frenato rallenta il veicolo, una gran parte della potenza erogata dal motore era convertita in calore. Anche se questo non è un problema significativo in un piccolo carro, un veicolo di grandi dimensioni con un motore potente e? in grado di produrre una grande quantità di calore in un tempo molto breve. Un cingolo frenato rallenta il veicolo in modo significativo, che è un problema nei veicoli militari in cui la velocità fondamentale, inoltre è anche un po' imprevedibile. La curva della forza frenante di imbardata è sostanzialmente piatta, il che significa che un piccolo cambiamento nella forza frenante può provocare un grande cambiamento del raggio di sterzata. Se la frizione di un cingolo è disimpegnata, salendo un pendio molto ripido, il carro perde la direzione, anche senza l'applicazione del freno. La stessa cosa avviene scendendo un pendio molto ripido. Infine, la frizione /freno non permette al veicolo di eseguire una virate sul proprio asse.
Sterzata con sistema ad ingranaggi.
Questo sistema ha risolto il problema dell’inefficienza e dell’imprevedibilità della sterzata.
In questo esempio, un singolo motore è collegato ai cingoli attraverso trasmissioni separate, e il veicolo è direzionato selezionando diversi accoppiamenti di ingranaggi per ogni cingolo. Ad esempio, il cingolo di sinistra in 1^ marcia ed il cingolo destro in 2^ marcia si tradurrebbe nel cingolo di sinistra che gira più lentamente e quindi il carro girerà a sinistra. Se i rapporti del cambio sono molteplici, si possono ottenere un gran numero di raggi di sterzata, e se ogni trasmissione è munita di una retromarcia, si possono ottenere sterzate a pivot. Questo sistema richiede abilità da parte del conduttore, ma è efficace e non è terribilmente complessa. Uno svantaggio minore è che il veicolo non può sterzare mentre è in 1^ marcia.
Frenata direttiva con differenziale.
Il sistema frizione-freno può essere semplificato con un differenziale ed eliminare quindi le frizioni, il risultato è che quando si frena un cingolo, l’altro aumenta di velocità.
Questo sistema è ancora meno efficiente del sistema di frizione-freno, nel senso che il freno non solo dissipa l'energia del cingolo che è rallentato, ma anche una parte della potenza del motore. Inoltre si ha un grande consumo di carburante ed imprecisione di guida. Tuttavia, è estremamente semplice, e può basarsi su un convenzionale differenziale e sistema frenante automobilistico. Anche in questo caso, il sistema di frenata differenziale non permette di pivottare.
"Cletrac", o differenziale direttivo controllabile.
Il sistema "Clectrac" è stato introdotto dalla Cleveland Tractor Company nel 1921. In questo sistema, un differenziale è progettato in modo tale che, applicando un freno ad un cingolo, l’altro cingolo è costretto a ruotare a un tasso determinato in proporzione alla velocità. Questo sistema produce una sterzata a un raggio fisso, ma è abbastanza efficiente. Facendo scivolare il freno, si possono raggiungere raggi di curvature più ampi, ma si perde efficienza.
La curva della forza frenante di imbardata è abbastanza piatta, quindi facile da controllare. Questo sistema è stato ampiamente utilizzato nei veicoli militari durante la seconda guerra mondiale. (Sherman, Matilda, Churcill ecc ecc.)
"Maybach" doppio differenziale direttivo.
Il sistema Maybach è un perfezionamento del sistema Clectrac, nel quale gli ingranaggi del differenziale girano attorno ad un ingranaggio fisso, in questo sistema gli ingranaggi ruotano attorno ad un ingranaggio portato a ruotare ad una velocità proporzionale al numero di giri del motore. Il risultato è un raggio di curvatura diverso per ogni marcia in avanti.
Questo sistema è stato utilizzato dal Panther, spesso considerato il miglior carro armato della seconda guerra mondiale. Aveva sette marce in avanti, e così sette raggi di svolta.
Doppio differenziale direttivo.
Un ulteriore affinamento del sistema di Maybach, sviluppato dal Maggiore Wilson del Regno Unito nel 1928... comporta l'aggiunta di una seconda trasmissione tra l'ingresso di comando della trasmissione ed il motore. Questo permette al differenziale di essere pilotato a differenti rapporti in proporzione alla velocità del motore e quindi di avere la possibilità di una multitudine di raggi di sterzatura ognuna delle quali proporzionale alla marcia selezionata, inoltre, non è sottrattivo come la trasmissione Maybach, mentre rallenta un cingolo aumenta la velocità dell’altro. Questo sistema è il precursore di tutti i moderni sistemi di sterzature dei carri odierni ed ha tutte le caratteristiche essenziali, è efficiente, non sì auto-orienta, consente più sterzatura, e permette il pivot.
Utilizzando un motore idraulico o un motore elettrico per comandare il piantone dello sterzo, permette qualsiasi raggio di sterzata. Questo è un miglioramento in un certo senso, pero ha una perdita comunque, a causa della modesta efficacia dei sistemi elettrici e idraulici. Porta spesso i progettisti a preferire un numero limitato di raggi di sterzatura piuttosto che generare calore superfluo.
Triplo differenziale direttivo.
L'aggiunta di un terzo differenziale produce una trasmissione che è in un certo senso, una doppia trasmissione a differenziale con una trasmissione a differenziale frenato per governare il carro.
Praticamente tutti i moderni afv adottano questo sistema.
Riferimenti
A Review Of Transmission Systems For Tracked Military Vehicles by Stuart J. McGuigan and Peter J. Moss, Journal of Battlefield Technology Vol. 1 No. 3.
Differentials, the Theory and Practice by Phillip Edwards, Constructor Quarterly, No. 1, Sept 1988.
TANK: A History of the Armoured Fighting Vehicle, by Kenneth Macksey and John H. Batchelor
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