Los sistemas de dirección de tanques permiten que un tanque u otro vehículo de orugas continuas gire. Debido a que las orugas no se pueden inclinar en relación con el casco (en ningún diseño operativo), la dirección debe lograrse acelerando una oruga, desacelerando la otra (o invirtiéndola), o una combinación de ambas. Los vehículos semioruga evitan esto combinando ruedas orientables y orugas de velocidad fija.
Los primeros sistemas de dirección se adoptaron a partir de vehículos de trabajo con orugas, que generalmente utilizaban un embrague para reducir la potencia de una oruga, lo que hacía que esta disminuyera su velocidad. Estos diseños presentan numerosos problemas, en particular al subir pendientes o circular a alta velocidad, ya que la reducción de potencia hace que la velocidad general disminuya. Entregar potencia a ambas orugas mientras giran a diferentes velocidades es un problema de diseño difícil.
Se introdujeron una serie de diseños más avanzados, especialmente durante la Segunda Guerra Mundial , que mantenían la potencia en ambas orugas durante la dirección, un concepto conocido como dirección regenerativa . Algunos también permitían que una oruga se moviera hacia adelante mientras la otra retrocedía, lo que permitía que el tanque girara en el lugar, un concepto conocido como dirección neutra . El primer sistema realmente exitoso fue el diseño británico de doble diferencial de 1924, que fue copiado tanto por Estados Unidos como por Alemania.
La mayoría de los diseños occidentales modernos utilizan una variante del diferencial doble, mientras que los diseños soviéticos preferían utilizar dos transmisiones independientes en una única caja. Se han probado en varias ocasiones sistemas que utilizan motores eléctricos con controles de velocidad variable , pero no se han generalizado.
Una solución al problema de la dirección es utilizar dos transmisiones independientes, cada una de las cuales acciona una oruga. Esto mantiene la potencia en ambas orugas mientras se dirige, produce una amplia gama de radios de giro e incluso permite invertir la dirección de una oruga mientras la otra avanza, lo que permite que el tanque gire en el mismo lugar. Esto se puede combinar con frenos para controlar aún más el radio de dirección. [1]
La desventaja obvia de este diseño es el costo y la complejidad de dos trenes de transmisión, y la mayor carga de mantenimiento que implica. Otra es que si un motor falla, el otro no puede usarse para impulsar ambas vías. Ambos problemas se redujeron en gran medida en el caso de la energía de vapor , donde la mayor parte del motor en términos de tamaño y peso es la caldera , y los cilindros que extraen esa energía son mucho más pequeños en comparación. También puede proporcionar una salida variable al controlar la cantidad de vapor enviada a cada cilindro. Es mucho más complejo cuando se usa con motores de combustión interna . [1]
Un problema menos obvio es que es muy difícil mantener un vehículo de este tipo en movimiento en línea recta. Aunque se puede utilizar un regulador para garantizar que las velocidades de los dos motores sean similares, las cargas sobre las orugas no serán las mismas a medida que se muevan sobre terrenos diferentes, lo que hará que la oruga más cargada disminuya su velocidad y el tanque gire en esa dirección. Esto hará que el tanque se desvíe al moverse sobre terreno irregular. Esto no es un problema a velocidades muy bajas, y el sistema a veces se utiliza en excavadoras y otros vehículos de construcción con orugas. En el caso de los tanques, se necesita una considerable habilidad del conductor y un ajuste constante, incluso a las velocidades relativamente bajas que se observaban en los primeros diseños. [1]
No son comunes los verdaderos sistemas de doble propulsión, pero han existido a lo largo de gran parte de la historia de los tanques. Entre ellos se incluye el tanque mediano británico Whippet de la Primera Guerra Mundial .
Un avance sencillo con respecto al concepto de doble tracción consiste en utilizar un solo motor y dividir la potencia de salida en dos transmisiones. La dirección se consigue cambiando la marcha en una oruga y no en la otra. Esto reduce la complejidad del sistema de doble tracción cuando se combina con un motor moderno. También introduce un nuevo comportamiento: la carga adicional en una oruga hace que la otra también disminuya la velocidad. En realidad, se trata de una mejora con respecto a la solución de doble tracción, ya que hace que todo el tanque disminuya la velocidad, en lugar de girar hacia la oruga cargada. [2]
La desventaja de este enfoque es que las transmisiones de alta potencia son dispositivos propensos a fallar, especialmente en la era de la Segunda Guerra Mundial. También son dispositivos complejos y requieren mucho tiempo para construirse y repararse. Si bien elimina un segundo motor, en comparación con el concepto de doble transmisión, sigue siendo relativamente complejo en comparación con las soluciones que siguen. [2]
Los sistemas de doble tracción se utilizaron ampliamente desde los primeros días de los vehículos de orugas, incluido el tractor Holt 75 que se usó ampliamente en la Primera Guerra Mundial . [3] Los japoneses adoptaron el concepto en 1925, y todos sus tanques posteriores hasta la Segunda Guerra Mundial lo usaron. Los británicos también continuaron usándolo en tanques ligeros como el Covenanter y el Crusader del período de principios de la guerra. El LTH checo también adoptó el sistema, y estuvo en servicio con los alemanes como el Panzer 38(t) . [2]
Los soviéticos introdujeron este sistema en su tanque experimental KV-13, lo que condujo a su uso en la familia de tanques IS . Las versiones posteriores introdujeron más engranajes para producir múltiples radios de giro, incluida la inversión de una oruga. El T-64 introdujo un nuevo modelo con siete velocidades, y este sistema básico se ha utilizado en el T-72 , el T-90 y el Tipo 98 chino . [2] [4]
El sistema de dirección de un solo motor más simple en términos mecánicos, y casi universalmente utilizado en los primeros diseños de tanques, era la combinación de un freno y un embrague conectados a los controles de dirección. Los controles normalmente eran un par de manijas verticales, una para cada oruga. Al tirar de una manija se desacoplaba el embrague, lo que liberaba esa oruga y hacía que redujera su velocidad. Al mover más la manija, se aplicaba cada vez más el freno a esa oruga, lo que permitía ajustar el radio de giro. [2]
La principal desventaja de este diseño es que, cuando se aplica la dirección, la potencia del motor se retira de la oruga. Esto hace que el tanque disminuya su velocidad, incluso si no se aplica el freno. Si el tanque está subiendo o en terreno blando, el movimiento hacia adelante puede detenerse por completo. Otra desventaja es que los frenos disipan constantemente grandes cantidades de calor al girar, lo que es muy ineficiente en términos de potencia. Los frenos adecuados para dirigir un vehículo grande también son impracticablemente grandes. [2]
El sistema de frenado por embrague fue introducido por los franceses en 1916 durante la Primera Guerra Mundial . La mayoría de los tanques ligeros lo utilizaron durante las décadas de 1920 y 1930, así como algunos tanques más grandes como el Vickers Independent experimental británico y el T-35 soviético . Los últimos diseños importantes en utilizarlo fueron el T-34 soviético y los Panzer III y Panzer IV alemanes . [2]
Los sistemas de frenado diferencial (o diferencial frenado) eliminan los embragues de la oruga y añaden un diferencial en la salida de la transmisión. El diferencial permite que las orugas giren a diferentes velocidades mientras mantienen la potencia. La dirección se logra entonces reduciendo la velocidad de una oruga con un freno. La ventaja de este diseño es que la potencia se mantiene en ambas orugas incluso mientras se realiza la dirección. Otra ventaja es la simplicidad absoluta; el sistema de dirección se conecta directamente al freno y a nada más, lo que produce una disposición mecánica muy simple. [2]
La principal desventaja, al igual que el sistema de frenos con embrague, es que la dirección disipa el calor a través de los frenos. Sin embargo, a diferencia del sistema con embrague, en este caso, todos los giros requieren el frenado. Esto se puede utilizar en tanques más ligeros, pero la cantidad de energía cinética en tanques más grandes hace que los frenos necesarios sean impracticablemente grandes. Otra desventaja es que el diferencial permitirá que las orugas giren a diferentes velocidades sin importar cuál sea la causa. Esto puede deberse a la aplicación del frenado, pero también ocurre cuando el tanque se desplaza sobre terreno; si un lado del tanque entra en un terreno más blando y disminuye la velocidad, el tanque girará naturalmente hacia ese lado. El impulso hacia adelante tiende a compensar este efecto, por lo que es principalmente un problema a bajas velocidades. [2]
En realidad, el frenado diferencial es anterior al frenado por embrague en los vehículos de orugas, ya que fue introducido inicialmente por Richard Hornsby & Sons en 1905 en el primer vehículo de orugas del mundo. El frenado por embrague se hizo popular solo por su simplicidad mecánica. El frenado diferencial se podía encontrar en muchos tanques más pequeños, especialmente en la era anterior a la Segunda Guerra Mundial. Los tanques británicos comenzaron a usarlos durante la Primera Guerra Mundial y continuaron durante la Segunda Guerra Mundial . Un ejemplo común fue el Bren Carrier . [2]
Los sistemas de frenado diferencial son esencialmente una transmisión epicicloidal con una única relación de engranajes fija transmitida a través de piñones locos . El diferencial controlado añade una extensión a la cremallera que sujeta los piñones locos y pone un freno convencional en esa extensión. Con el freno aplicado, los piñones locos se bloquean y el sistema funciona como un epicicloidal convencional. Cuando se suelta el freno, los piñones locos giran, reduciendo la velocidad de rotación en ese lado. Esto hace que la salida en ese lado disminuya en una cantidad fija. [2]
La ventaja de este diseño es que el freno no se aplica para reducir la velocidad del vehículo, sino que simplemente se utiliza para apretar o desapretar el segundo juego de marchas. Esto significa que no disipa energía, excepto en el breve período en que se aplica o se suelta. Se puede lograr una dirección más suave mediante la aplicación parcial del freno, pero luego comienza a disipar energía como el diferencial frenado. La principal desventaja es que solo hay un radio de giro. Al igual que la solución diferencial estándar, estos sistemas también están sujetos a autogiro cuando se desplazan sobre terreno. [2]
El sistema fue inventado por Cleveland Tractor Company en 1921 y a veces se lo conoce con el nombre de marca registrada Cletrac Differential. Fue utilizado por la mayoría de los tanques franceses en el período de entreguerras, así como en el Grosstraktor alemán . Fue más común en los diseños estadounidenses, utilizado en todos los tanques ligeros y medianos desde 1932 hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. Los usos posteriores incluyeron el AMX 13 francés, el Type 61 japonés y el M113 APC estadounidense de amplia producción . [2]
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El sistema diferencial doble, más complejo, es similar al diferencial controlado en su concepto básico, ya que controla la velocidad de las orugas controlando la rotación de las ruedas guía. Sin embargo, en este caso se utilizan dos diferenciales completos, uno para cada oruga, y las ruedas guía no están controladas por un freno, sino por un segundo eje de transmisión, el eje de dirección . [2]
Normalmente, el eje de dirección está conectado directamente al motor, en lugar de a la salida de la transmisión. Esto significa que gira en un rango relativamente estrecho de RPM en comparación con el eje de transmisión principal. El eje de dirección se divide en dos ejes de salida a través de un sistema de embrague que permite que los ejes de salida giren hacia adelante, hacia atrás o no giren en absoluto. Una rueda guía invierte la dirección en un lado, por lo que siempre giran en direcciones opuestas. [2]
Cuando el embrague está desconectado, para que el eje no gire, los rodillos tensores de los dos diferenciales se mantienen fijos en su lugar. Esto es igual que el diferencial controlado con el freno puesto. Cuando se acopla el embrague de dirección, el eje hace girar uno de los juegos de rodillos tensores hacia adelante y el otro hacia atrás, lo que hace que una oruga acelere y la otra disminuya la velocidad. [2]
Como la diferencia de velocidad entre las dos orugas es independiente de la selección de la caja de cambios, el efecto de dirección es menos pronunciado a velocidades más altas; esto significa que el tanque tiene un radio de giro más largo a velocidades más altas, que es generalmente lo que se desea. Sin embargo, el sistema produce solo un radio para cualquier selección de caja de cambios dada. [5]
El sistema es completamente regenerativo: toda la potencia del motor llega a la pista a través del eje de transmisión principal o del sistema de dirección; ninguna de la energía se pierde en los frenos o embragues. Además, dado que la potencia se transmite a través de la transmisión al sistema de dirección, en algunos diseños el tanque se puede girar o incluso pivotar en su lugar incluso cuando la caja de cambios principal no está acoplada, una función conocida como dirección neutra. La limitación de esta característica es la resistencia del eje de dirección, que tiene que ser lo suficientemente fuerte como para mover el tanque si se desea esta característica, pero de lo contrario se puede hacer más ligero si no es necesario. [5]
Los diferenciales dobles se utilizaron por primera vez en experimentos en Francia a partir de 1921, y se encontraron en muchos tanques pesados de la Segunda Guerra Mundial, incluidos los Tigers alemanes . La adición de una salida continuamente variable mediante una transmisión hidrostática se utilizó en el Char B1 , proporcionando cambios suaves en el radio de giro que eliminaron el principal inconveniente del sistema. La baja eficiencia de este sistema significó que no se usó ampliamente, pero la rápida mejora en los acoplamientos de fluidos hidrodinámicos lo hizo común en la era de posguerra. La mayoría de los diseños de tanques occidentales desde la década de 1960 han utilizado una variación de este diseño, en particular el M60 Patton y el M1 Abrams . [5]
Este sistema fue ideado por el Dr. HE Merritt , Director de Diseño de Tanques en Woolwich Arsenal , y fabricado por David Brown Ltd.
El diferencial triple es una modificación del diferencial doble, que reemplaza los embragues de dirección por un diferencial único con freno similar a un diferencial controlado. Este tercer diferencial produce cualquier velocidad de salida deseada en el eje de dirección, en comparación con el diferencial doble, donde la velocidad del eje es fija. Esta salida impulsa las poleas tensoras de dirección de un diferencial doble que, por lo demás, no cambia, lo que produce una dirección continuamente variable. Tiene todas las ventajas del diferencial doble, mientras que la única desventaja es que el freno del tercer diferencial disipa algo de energía mientras patina, pero esto depende únicamente de la cantidad de energía que se utiliza para dirigir el vehículo, no de la energía total que se entrega a las orugas. [5]
El diferencial triple se utilizó principalmente en los tanques británicos de guerra y posguerra, primero en el tanque Churchill y más tarde en el tanque Cromwell y sus diseños posteriores. Les dio a estos diseños una maniobrabilidad sin igual y la capacidad de trepar que no fue igualada por otros diseños hasta bien entrada la Guerra Fría . La versión básica continuó utilizándose en los diseños británicos hasta el TN 10 del Conqueror y el TN 12 del Chieftain . Este sistema generalmente no se usa hoy en día, a favor de transmisiones hidrodinámicas mejoradas en el diferencial doble, comenzando con la transmisión en el Challenger . [5] [6]
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El sistema Maybach es esencialmente una versión simplificada del diferencial doble, o más precisamente en términos mecánicos, un diferencial doble controlado. Reemplaza el eje de dirección de avance y retroceso del diferencial doble y el sistema de embrague con un solo eje que gira en una dirección y frena las ruedas locas. Al igual que el diferencial controlado, los frenos normalmente se aplican para mantener fijas las ruedas locas. Las entradas de la dirección liberan uno u otro freno para hacer que la rueda loca gire y esa pista disminuya la velocidad. A diferencia del diferencial doble completo, el otro lado no se acelera, por lo que el sistema no es completamente regenerativo y, dado que ambos juegos de ruedas locas giran en la misma dirección, no ofrece una dirección neutra. Los radios de dirección son fijos y están determinados por la selección de marcha en la transmisión principal. [2]
El sistema Maybach se utilizó únicamente en un único modelo, el tanque Panther . El estado de la economía alemana al final de la guerra, especialmente la capacidad de mecanizado y el suministro de materiales resistentes, significaron que solo se podían producir pequeñas cantidades del complejo diferencial doble. Para el Panther, destinado a ser producido en serie, Maybach diseñó la transmisión AK7-200 con una serie de notas de diseño destinadas a simplificar la producción.
Aunque las orugas no se podían inclinar en su totalidad, era posible distorsionarlas para que el vehículo con orugas tomara una trayectoria curva. Los bogies delanteros del British Universal Carrier estaban montados sobre un tubo transversal que atravesaba el casco. Al girar el volante se desplazaban los bogies hacia la izquierda o hacia la derecha, lo que provocaba un giro moderado. Al girar más el volante se activaba el frenado en un lado o en el otro. El tanque ligero Mk VII Tetrarch utilizaba un sistema similar, pero las ruedas delanteras y las dos ruedas centrales a cada lado pivotaban para inducir la deformación. [7]
Los primeros sistemas de dirección eran ineficientes y perdían tanta potencia que resultaban ineficaces para los vehículos pesados. Holt Manufacturing Company (antecesora de Caterpillar Inc. ), cuyo diseño de orugas influyó en los primeros tanques, experimentó con una transmisión gasolina-eléctrica en su tanque gas-eléctrico Holt . Se utilizó un diseño comparable en el Saint-Chamond francés y, a su vez, se adaptó para ser instalado en un tanque pesado británico Mark II para competir con otros desarrollos de transmisión, incluido un Mk II equipado con un Westinghouse británico de gasolina-eléctrico y el prototipo original de tanque pesado "Mother" con un motor gasolina-eléctrico de Daimler. El ganador fue un diseño convencional con cajas de cambios epicicloidales. [8] Ninguno de estos tuvo un éxito especial, aunque se produjeron varios cientos de unidades del Saint-Chamond. [9]
Aunque tuvieron un éxito moderado, estos primeros sistemas eran grandes y extremadamente pesados; el del Saint-Chamond agregó cinco toneladas. [9] [10] Los otros diseños y los que siguieron usando un sistema similar fueron generalmente descartados por poco prácticos. [10]
Algunos de los primeros intentos de nuevas transmisiones eléctricas fueron realizados por los británicos en el período de principios de la guerra para el diseño del tanque pesado TOG1 (un motor de gasolina impulsaba generadores gemelos que alimentaban un motor eléctrico por oruga), y por los alemanes como parte de los experimentos de mitad de guerra en tanques pesados. El más notable entre los esfuerzos alemanes fue el VK 4501 (P) , un diseño de Porsche para un tanque pesado que perdió ante Henschel. [11] Los aproximadamente 100 chasis de este diseño rechazado se convirtieron en un cañón antitanque autopropulsado, el Elefant (inicialmente "Ferdinand") Panzerjäger . [12] Este estilo de transmisión también se utilizó en el superpesado Panzer VIII Maus . En la práctica, el tren motriz de los diseños de Porsche resultó incluso menos confiable que el tipo tradicional, y al final de la guerra el suministro de cobre era demasiado limitado para considerar su uso en motores de transmisión. [13]