条顿铁脚板的奥秘:图说二战德军坦克的悬挂系统

(本文约4200字,配图38幅,原创不易,感谢您的耐心阅读。)

这是一辆刚出厂的“黑豹”A型坦克,可以清晰地观察到行走装置的外观特征,其悬挂装置和负重轮布局都是二战后期德军装甲车辆的典型风格。

首先,何为悬挂装置?简而言之就是车辆车身与车轮之间的连接装置,是现代车辆行走装置的重要组成部分。履带式装甲车辆的悬挂装置与普通汽车的悬挂装置有所不同,通俗点说就是将不断运动的负重轮连接到车体刚性结构的弹性装置,其主要作用有三:1、配合负重轮支撑车体;2、减少行驶时产生的震动,保护人员和车内设备,保证车辆动力的正常发挥;3、为车载武器提供稳定的射击平台。

履带式装甲车辆的悬挂装置必须足够灵活,具有适当的弹性,保证负重轮有充分的运动行程,能够克服地面障碍,吸收冲击能量,减轻车体振动,提高行驶时的舒适性和稳定性。同时,悬挂装置还必须足够牢固可靠,以支撑起沉重的车体,并适应越野行驶的需要。在二战时期,德国装甲车辆的悬挂装置主要分为两大类,一类是板簧悬挂,一类是扭杆悬挂。除了这两大类外,还有其他形式的悬挂,但并不常见。下面就先介绍一下德军装甲车辆的板簧悬挂装置。

板簧悬挂装置的结构和原理并不复杂,就是将若干片弹簧钢堆叠并紧固在一起形成弧形,利用弹簧钢的弹性起到支撑和减震作用。板簧悬挂是现代车辆上运用最广泛的悬挂装置,尤其在各种轮式车辆上最为常见,在履带式车辆和铁路车辆上也多有应用。板簧悬挂装置的历史非常悠久,可以追溯到中世纪时期的马车。

板簧悬挂的实物照片,此类悬挂装置在当代的货运车辆上非常普遍。板簧两端有卷耳,在安装时将弹簧销穿过卷耳固定在车辆底盘上。

这是一辆典型的近代欧式马车,注意前后轮轴上的板簧悬挂装置。在清朝乾隆年间,英国马戛尔尼使团来华访问,他们带来的欧式马车装有板簧悬挂,稳定性和舒适度优于中国传统马车,乘坐的清朝官员无不惊讶于“夷车”竟能如履平地。

铁路车辆的行走装置同样会应用板簧悬挂,比如这辆陈列于北京铁道博物馆内的蒸汽机车的煤水车,注意其车轮悬挂装置的细节。

现代汽车前桥上的板簧悬挂,其形制从出现直至现在都变化不大。

经过几百年的不断改进,板簧悬挂在军事和民用领域的运用已经非常成熟和广泛,其优点在于结构简单,工作可靠,成本低廉,维修方便,但其缺点是重量较重,刚性较大,舒适性差,纵向尺寸较长,与车体连接处的钢板弹簧销容易磨损等。在履带式装甲车辆上使用的板簧悬挂装置布置在车体外侧,可以节省车内空间,但同时也意味着悬挂装置暴露在外,无法得到车体装甲的充分保护,容易被炮火或地雷毁伤而致丧失机动能力。

在二战时期,德军在几款产量很大的战车底盘上应用了板簧悬挂,比如Pz38(t)坦克及其变型车、IV号坦克及其变型车等等,“犀牛”自行反坦克炮、“野蜂”自行火炮等使用的III/IV号混合自行火炮底盘的悬挂装置实际上也是直接照搬IV号坦克,因此也是板簧悬挂。二战德军坦克装甲车辆应用的板簧悬挂从细节上可以大致分为四类:连杆式、独立式、苏林式和平衡式。

连杆式:这种悬挂常见于I号坦克系列和II号坦克的早期型号,其脱胎于英国的卡登-洛伊德摇摆式悬挂,但将减震装置由螺旋弹簧改为板簧。连杆式悬挂的特点是各个负重轮的悬挂部件被一个起到平衡作用的连杆连接在一起,以分散冲击力。

I号A型坦克的第一对负重轮为独立的螺旋弹簧悬挂,后面三对负重轮通过连杆与车尾的诱导轮连接在一起,其中第二、三对负重轮共用一组四分之一椭圆板簧,第四对负重轮则单独使用一组四分之一椭圆板簧,但是这种悬挂装置较为原始,并不适合在坦克上使用。(四分之一椭圆是用于描述板簧结构的术语——编者注)值得注意的是,I号A型坦克的诱导轮与负重轮一样着地。

I号B型坦克的悬挂装置较A型所有改变,每侧负重轮数量增至5个,其中后4个负重轮形成两个对称的轮组,诱导轮不再着地。经过改进后的悬挂系统在稳定性上有明显改善,承载力也要更强,从而为改造为自行火炮等专用车辆奠定了基础。

基于I号B型坦克底盘改造的“野牛”自行步兵炮。

II号坦克的早期试验型a/b型也采用与I号坦克类似的悬挂装置,但负重轮数量更多。测试表明,这种连杆式悬挂在II号坦克上的使用寿命仅有500公里,无法满足作战需要,因此II号坦克的量产型号对悬挂装置进行了重新设计。

独立式:这种悬挂仅见于II号坦克,其特征是每个负重轮都对应一组独立的减震板簧。

II号坦克c型与量产的A/B/C/F型的负重轮直径较a/b型增大,每个负重轮都有独立的板簧装置,每个四分之一椭圆板簧通过摇臂与负重轮连接,板簧上端为自由端。在行驶时,负重轮带动摇臂上下摆动,而板簧在摇臂和自由端上方的圆柱凸起之间发生形变,以吸收冲击力。

苏林式:这种悬挂装置由捷克工程师阿列克谢伊·苏林设计,其特点是板簧和两个摇臂都是可以围绕枢轴转动的部件,在行驶期间共同摇摆,其运动方式类似于跷跷板。

苏林式悬挂的运动方式示意图,在遇到障碍物时所有摇臂和板簧都向一个方向摆动。

苏林式悬挂被应用于捷克制造的38(t)型坦克。该型坦克每侧有4个大直径负重轮,每两个负重轮构成一个轮组,每个负重轮都通过摇臂与板簧一端相连,椭圆板簧固定在两个负重轮中间,与摇臂接触的位置为自由端。苏林式悬挂结构并不复杂,但承载能力和稳定性非常好。

基于38(t)坦克底盘改造的“追猎者”坦克歼击车的悬挂装置实物。这幅照片拍摄于美国弗吉尼亚军事博物馆的“追猎者”整修工作现场,从图中可以很清晰地观察到其苏林式悬挂的细节特征。尽管“追猎者”的重量比38(t)型增加了60%,但经过加强的悬挂装置依然可以承载,充分显示了其初始设计的先进性,也正因为拥有性能优良的悬挂装置,38(t)坦克底盘被德军大量用于改造安装大威力火炮的武器平台。

“追猎者”的负重轮摇臂细节照片,摇臂上带有安装负重轮的法兰和滚珠轴承,与板簧的接触点位于摇臂上方。

上两图是底盘悬空的38(t)型坦克和正在跨越铁路路基的“追猎者”,可以注意到它们的负重轮行程都很大。

平衡式:这种悬挂主要应用于IV号坦克系列,其特点是每组悬挂包括两个或两个以上的负重轮,安装在两个摇臂上,在受压时摇臂向上运动,安装在摇臂上方或下方的板簧受压弯曲,对两个摇臂形成支撑。在越过障碍物时,随着负重轮上升,摇臂会进一步向上运动,板簧的弯曲程度随着增大。上文提及的苏林式悬挂其实也可以算作平衡式的一种。

IV号坦克的平衡式悬挂示意图,四分之一椭圆板簧固定在朝向车首的一端,后部为自由端,压力从固定板簧的位置和后一组路轮摇臂下端传导到板簧上。在遇到障碍物时,整组悬挂围绕着两个枢轴向同一方向摆动。

上三图是“灰熊”突击炮的悬挂装置,作为利用IV号坦克底盘改造的变型车,“灰熊”的悬挂装置与IV号坦克完全相同。

IV号坦克悬架的前后摇臂和板簧部件。在不受压时板簧呈向下弯曲状态,一旦承受压力就会绷直,在进一步受压时还会向上弯曲。

IV号坦克在越过地面沟槽时的悬挂状态示意图。

捷克制造的35(t)型坦克也是平衡式悬挂,但结构比较复杂,每个轮组内包含的负重轮较多,在内外两层负重轮上方都设置了单独的板簧,这种悬挂可以视为英国维克斯Mk.E(或者说是苏联T-26)的悬挂装置的变种。

需要注意的是,在板簧悬挂系统中承重和承受应力的结构是簧片。在战争后期,德军在某些车辆底盘上加装较重的火炮和上层结构时,车体前端的板簧悬挂受力增大,在这种情况下为了避免前部悬挂损坏或过快磨损,工程师们会对相应部位的板簧进行特别设计,增加簧片厚度或簧片数量,提高其承重能力。比较典型的例子就是“追猎者”。

追猎者”的早期型前后两组悬挂装置使用相同的板簧,由于车首较重,整车会因为前部悬挂的板簧弯曲过度而发生前倾,给行驶和射击造成不利影响。

后来德军技术人员为前部悬挂更换了簧片更多、更厚重的板簧,并辅以减重措施,使得“追猎者”的前倾问题基本得到消除。通过上面两组图片的对比可以观察到加强板簧后“追猎者”的车体水平度的变化。

除了上述车辆之外,III号B/C/D型坦克也使用过板簧悬挂,上图就是III号D型的底盘。戴姆勒-奔驰公司曾在III号坦克的早期型上试验了多种悬挂布局,如,但效果都不理想,还限制了车辆的最高时速,因此在正式量产的III号E型上改为更先进的扭杆悬挂。

上面三图自上而下依次是III号B/C/D型坦克的行走机构布局图,这三种坦克都采用了板簧悬挂装置,但具体布置不同。

克里斯蒂悬挂:在20世纪坦克装甲车辆悬挂装置的演变中,美国人发明的克里斯蒂悬挂是与平衡式、扭杆式并称的著名悬挂系统,大名鼎鼎的T-34坦克以及大多数英军坦克都使用了这种悬挂。克里斯蒂悬挂的主要特点是以独立的圆柱螺旋弹簧作为受力部件,通过弹簧的伸缩吸收冲击力,结构简单,运行可靠,非常适合高速行驶。下图就是T-34坦克的悬挂结构图。

不过,克里斯蒂悬挂在德制装甲车辆上却极少采用,唯一使用过克里斯蒂悬挂的德制战车是III号A型坦克(下两图),但是在测试中德国人发现这种悬挂对于车体重量的增加表现非常敏感,而且始终未能解决车体增重后悬挂摇摆加剧的问题,因此在后续的型号上就弃用了这种悬挂。

关于克里斯蒂悬挂流传着“去掉履带也能跑”的说法,其实这里存在着认识误区。实际上,克里斯蒂悬挂与履带式车辆以负重轮直接行驶没有直接联系。对于“去掉履带也能跑”的正确表述应该是轮履合一功能,具体而言是通过链条将动力传递到坦克的最后一对负重轮上,并利用可以转动的第一对负重轮充当转向轮,从而实现无履带行驶能力。在20世纪20、30年代,各国不少坦克在设计时都考虑在轮式和履带式两种行驶方式之间进行切换,只是实现的方式不同罢了,但实际效果都比较糟糕,而且进行切换时操作较为复杂,以苏联BT系列坦克为例,切换工作大概需要30分钟,根本无法实现“打断履带接着跑”的效果,所以这种轮履合一设计逐渐销声匿迹了。(未完待续)

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