2.3.3. Кузова автобусов

Рейтинг пользователей: / 0
ХудшийЛучший 
Машиностроение
Характеристика. Автобусный кузов со­стоит из стержневого каркаса и листовой об­шивки. Работающие элементы обшивки обыч­но соединены с элементами каркаса, образуя ряд панелей, которые при этом могут быть плоскими или изогнутыми. Продольные эле­менты основания кузова называют лонжеро­нами, а поперечные элементы - поперечина­ми. Продольные элементы каркаса бортов кузова называют поясами, при этом у автобу­сов выделяют пояса подоконный, надоконный и нижний обвязочный. Продольные элементы каркаса бортов обычно продолжаются на пере­дних и задних частях кузова (передка и задка).
Вертикальные элементы каркаса бортов кузова, передка и задка называют стойками. На участке расположения окна вертикальный элемент называют оконной стойкой. Продоль­ные элементы каркаса крыши - это пояса крыши, а поперечные элементы, которые обычно бывают изогнутыми, - дуги крыши. Замкнутая система, состоящая из поперечины основания, стойки борта и дуги крыши, явля­ется шпангоутной рамкой (шпангоутом).
Корпус, или несущая система кузова ав­тобуса, классифицируется по способу восприя­тия статических (изгибных) нагрузок. Можно выделить три основных типа несущих систем кузовов: рамный, у которого статическая на­грузка и реакции подвески воспринимаются преимущественно рамой, эластично связанной с кузовом (рис. 2.3.1, а); с несущим основани­ем, у которого статическая нагрузка и реакции воспринимаются преимущественно основани­ем, жестко связанным с кузовом (рис. 2.3.1, 6); несущий, у которого полная статическая на­грузка распределяется по всем его элементам (рис. 2.3.1, в).
2.3.1
Масса кузова с оборудованием составляет 47 ... 53 % снаряженной массы автобуса, соб­ственно кузова - более 23 % снаряженной мас­сы автобуса для рамной конструкции кузова без учета рамы и 34 % для несущего кузова, а масса кузова с несущим основанием - 30 % снаряженной массы автобуса.
Основным преимуществом рамной кон­струкции является то, что она допускает уни­фикацию шасси автобуса с грузовым автомо­билем или с широкой гаммой автобусов раз­личного назначения. Недостатками ее являют­ся большая собственная масса и трудность использования подпольного пространства для размещения агрегатов автобуса. Переход от рамной конструкции к кузову с несущим ос­нованием (с сохранением обычных штампо­ванных лонжеронов) обеспечивает уменьшение массы большого автобуса на 400 ... 600 кг, а к полностью несущему кузову - на 1000 ... 1400 кг.
Боковая панель - основной элемент, об­разующий боковину кузова. В безрамной кон­струкции она выполняет функцию балки, обеспечивающей прочность и жесткость кузова и передающей нагрузки от верхней части кузо­ва на нижние элементы. Боковина состоит из каркаса в виде стоек и продольных стержней - усилителей, опор для пола и наружной и внутренней панелей. Панели соединяют с кар­касом следующими способами.
Заклепками (обычными или потайны­ми); при этом процесс сборки трудно поддает­ся автоматизации и характеризуется тяжелыми условиями труда ввиду высоких уровней шума и вибрации. Обычные заклепки вытесняются специальными типа Avdelok (безударная клеп­ка), при использовании которых соединение осуществляется путем обжима кольца заклепки пневматическим инструментом. Способ, соче­тающий использование эпоксидного структур­ного клея и заклепок, позволяет увеличить работоспособность соединения при работе на сдвиг.
Точечной сваркой; при этом сохраня­ются преимущества монококовой конструк­ции, но появляются проблемы деформации крупногабаритных панелей в процессе сварки и (в дальнейшем) коррозии. Сварочный про­цесс, как правило, автоматизирован (применя­ют роботы), а для снижения коррозии исполь­зуют цинковое защитное покрытие. Сварка панелей и элементов каркаса осуществляется либо при обычной температуре, либо с нагре­вом с последующим охлаждением панелей.
При закреплении панелей к каркасу вы­тягиваются оба конца панели, либо один ко­нец крепится к каркасу, а другой вытягивается к предыдущей части боковины. При сварке с нагревом необходимы электрические нагрева­тели и вентиляторы. В местах соединения па­нелей часто используется уретановое гермети­зирующее вещество.
Применением армированных панелей внутри конструкций; наружные поверхности соединяются сваркой и швы покрываются декоративными накладками.
Изготовлением рам сваркой из сталь­ных труб прямоугольного сечения, составляю­щих каркасные конструкции - опору для па­нелей.
Облицовку боковин изготовляют обычно из стали толщиной 0,8 мм или дюраля. Для боковых стоек применяют элементы открытых Z- или П-образуого сечения или закрытого прямоугольного сечения, более прочного по сравнению с открытыми профилями. Точки пересечения стоек и балок могут быть усилены угольниками и косынками. Нижние части боковин (ниже уровня пола) обычно имеют люки для багажных отделений и доступа к агрегатам. В продольном направлении наруж­ные панели перекрывают друг друга на рассто­янии двух пролетов оконной стойки в случае применения стандартных стальных листов размерами 0,9 х 1,8 и 1,2 х 2,4 м.
Каркасы боковин, крыши, передка и задка сваривают обычно из прямоугольных профилей.
Несущие основания выполняют в виде лонжеронов и поперечин из прямоугольного профиля либо швеллерного профиля чаще всего сваркой. В несущем кузове элементами основания, воспринимающими нагрузку, яв­ляются подрамники и поперечные балки. Мас­са кузова передается на оси через элементы подвески. Сборка подрамников и поперечных балок осуществляется клепкой и сваркой. Клепка может производиться при обычной температуре с помощью гидравлического об­жимного пресса, улучшающего условия труда.
Ветровое стекло очень больших размеров некоторых автобусов, улучшающее обзорность, вставляется непосредственно в направляющие оконного проема. В большинстве случаев для фиксации оконных стекол применяют уплот­няющие резиновые прокладки (Н- и клинооб­разные), поглощающие вибрацию кузова и облегчающие снятие и установку стекла, но не обеспечивающие соответствующей герметиза­ции и не предотвращающие возможность вы­падения стекла. Для герметизации стекла при­меняют изобутилен-изопреновый или бутило­вый полиуретановый каучук; надежность крепления стекла обеспечивается силиконовым каучуком. Увеличение жесткости кузова при­водит к снижению вибрации и улучшению звукоизоляции.
В боковые окна вставляют стандартные стекла с алюминиевой оконной рамой непос­редственно на кузов с последующей гермети­зацией. Силиконовый каучук, как герметик, применяется в виде раствора и заполняет все пространство между кузовом и стеклом. Гер­метизирующие клеи используют при наличии ячеистой или пористой конструкции. Получа­ют распространение боковые клееные стекла, приклеиваемые на поверхности стоек. Стыки стекол закрываются декоративными накладка­ми. Для снижения массы кузова устанавливают сэндвич-панели с использованием слоистых материалов.
Тенденцией автобусного кузовостроения является широкое использование в качестве конструкционных материалов алюминиевых сплавов и пластиков. Так, силовой каркас и панели кузова изготовляют из алюминиевых сплавов с содержанием магния, кремния, ме­ди, цинка, марганца, хрома, титана, свинца. Такие сплавы помимо низкой массы, высокой коррозионной стойкости и отделочных свойств обеспечивают полную утилизацию изделия после окончания срока службы авто­буса. Профили для таких кузовов получают методом экструзии, а сборку осуществляют с помощью стяжных и закладных элементов болтовыми соединениями с предварительным нанесением двухкомпонентного клея (метод ко-болт).
Широкое распространение получают слоистые материалы или сэндвич-панели, за­меняющие сталь. Их применению способству­ет широкое использование склеивания как метода конструкционного соединения. Сэнд­вич-панель состоит из двух параллельных пла­стин из стали, дюралюминия, пластиков и расположенного между ними среднего слоя- заполнителя из древесины, пропитанной и формованной бумаги, пенопласта, поперечных сот фольги, соединяемых чаще всего склеиванием.
Наиболее перспективным можно считать создание модульных конструкций кузовов автобусов, которая обеспечивает:
стандартизацию и унификацию узлов ку­зовов и шасси;
стандартизацию сборочных приспособле­ний;
применение новых материалов (алюминиевых сплавов, композитных материа­лов и клеев) с меньшей удельной массой по сравнению со сталью.
Основные преимущества таких конструк­ций:
меньшая масса элементов кузова (в 2 - 3 раза), что приводит к снижению расхода топ­лива;
уменьшение трудозатрат и стоимости при налаженном производстве;
высокие термоизоляционные и шумоизоляционные качества;
возможность получения гладких, не тре­бующих окрашивания поверхностей;
стойкость к коррозионным воздействи­ям.
Кузова такого типа собирают из крупно­габаритных панелей, поставляемых предприя­тием-изготовителем в законченном виде для автобусов любой длины, т.е. для всего семей­ства автобусов.
Расчет несущей системы кузова автобуса. На несущую систему автобуса действуют преж­де всего статические нагрузки (вес агрегатов, собственный вес несущей системы, полезная нагрузка и реакции рессор), а также различные динамические нагрузки, возникающие при движении от неровностей дороги, при разгоне и торможении-, на поворотах, вибронагрузки, вызванные работой двигателя и других агрега­тов.
Вертикальную нагрузку принято пред­ставлять в виде двух составляющих: симмет­ричной относительно продольной вертикаль­ной плоскости, проходящей по оси автобуса и кососимметричной относительно этой плоско­сти. Если конструкция симметрична относи­тельно продольной вертикальной плоскости, то симметричная нагрузка вызывает симмет­ричную деформацию - изгиб кузова. Кососимметричная нагрузка вызывает кососимметричную деформацию - кручение кузова.
Необходимо отметить, что изгиб и кру­чение кузова в известной мере условны и ха­рактеризуют только деформацию кузова в це­лом. Отдельные элементы кузова при этом могут работать в условиях растяжения-сжатия, изгиба или кручения, в зависимости от харак­тера приходящейся на этот элемент нагрузки и способа его соединения с другими элементами кузова. По аналогии с вертикальными нагруз­ками можно рассмотреть также продольные и поперечные нагрузки и свести их действия к горизонтальному изгибу, сдвигу и др.
Статическая нагрузка действует на кузов при всех условиях эксплуатации. Статическую нагрузку обычно относят к разряду симмет­ричных, вызывающих изгиб кузова. Имеющая­ся несимметрия нагрузок обычно создает не­большую разницу в загрузке левой и правой сторон, влиянием которой пренебрегают.
Аналогично поступают и в случае несим­метрии конструкции кузова. У кузовов автобу­сов симметрия кузова обычно нарушается дверными проемами. Сложность расчета не­симметричных кузовов приводит к необходи­мости упрощения и замены реальной системы приближенной ей соответствующей симмет­ричной расчетной схемой.
Основной причиной возникновения симметричных нагрузок являются силы инер­ции подрессоренных масс, действующие на кузов при колебаниях автомобиля на рессорах и шинах. Если в какой-либо точке кузова дей­ствует статическая нагрузка Рст/ и вертикаль­ное ускорение у'/, то динамическая нагрузка может быть получена умножением массы, со­ответствующей данной статической нагрузке, на величину ускорения.
Коэффициент Ад/ в отдельных точках ку­зова имеет разные значения, однако для уп­рощения расчетов его обычно принимают одинаковым для всех точек кузова - наиболь­шее значение, что повышает запас прочности кузова. Коэффициент динамической нагрузки определяют экспериментально путем измере­ния вертикальных ускорений в различных точках подрессоренных масс автобуса.
С учетом имеющегося в настоящее время опыта проектирования и испытаний кузовов автобусов принимаются следующие оптималь­ные значения коэффициента динамической нагрузки в зависимости от типа автобуса: для городских автобусов 2,0 + 2,5; для междуго­родных автобусов 1,5 + 2,0.
2.3.3. Характеристики материалов, применяемых в конструкциях автобусных кузовов

Материал

Временное сопротивление ов, МПа

Предел текучести о^, МПа

Относительное удлинение, %

Модуль упругости Е> Ю-5, МПа

Модуль сдвига (г 10"4, МПа

Ст 0,8

300

180

31

2,1

8

20

400

240

24

2,1

6

10Г2

430

250

22

2,1

8

Д-16АТ

415

275

10

7,2

2,7

АВТ-1

280

210

10

7,2

2,7

08ГСЮТ

510

360

22

2,1

8

09Г2

450

310

21

2,1

8

16ГС

500

330

21

2,1

8

Суммарный перекос передних и задних колес на дороге ад вызывает угловую дефор­мацию передней и задней подвесок автомоби­ля на угол а,, и закручивание кузова на угол.
Соответствующие углы можно выразить через крутящий момент и угловые жесткости подвески Q, и кузова Q.
При жесткости кузова больше жесткости подвески угол закручивания невелик. Потеря контакта с дорогой одним из колес (колесо передней оси) является предельным случаем, определяющим величину крутящего момента. При ширине передней колеи оси В\ и нагруз­ке на ось G\ предельный крутящий момент.
Для несущих кузовов, обладающих высо­кой жесткостью, предлагаемая формула может служить для определения расчетного режима нагружения при кручении.
Прочность несущей системы должна обеспечиваться при минимальной чассе кон­струкции. Жесткость несущей системы тесно связана с ее прочностью. При оценке конст­рукции несущей системы условия работы от­дельных агрегатов и узлов могут существенно зависеть от жесткости несущей системы. Де­формация несущей системы может обусловить необходимость применения, например, упру­гих опор при креплении агрегатов и узлов автомобиля.
Механические характеристики материа­лов, применяемых в конструкциях автобусных кузовов, приведены в табл. 2.3.3.
Оценку прочности элементов кузова производят по допускаемым напряжениям, вычисленным исходя из предела текучести материала кузова. При одноосном растяжении или сжатии коэффициент безопасности при­нимают 1,5.
В тех деталях кузова, испытывающих сложное напряженное состояние, характери­зующееся нормальным а и касательным на­пряжением т, при оценке прочности исполь­зуют эквивалентное напряжение, вычисляемое на основании энергетической теории прочнос­ти по формуле
Эквивалентное напряжение затем срав­нивают с допускаемым напряжением стдоп, т.е.
В частном случае, когда действуют одни касательные напряжения, условие прочности будет иметь вид.
В общем случае при наличии нормаль­ных напряжений а* и ау и касательного на­пряжения т эквивалентное напряжение в соот­ветствии с энергетической теорией прочности можно вычислить по формуле корректировкой технической документации. На стадии проектирования может быть прове­дена оптимизация конструкции по металлоем­кости и прочности.
Заключительным этапом являются до­рожные режимометрические испытания авто­буса на дорогах автополигона и в реальных условиях эксплуатации.


 

Поиск


Сейчас 115 гостей и 6 пользователей онлайн





Забыли данные входа на сайт?