З дисципліни: "Випробування автомобіля і трактора"
Розділ № 1Організація і технологічна база випробувань
Устаткування для випробування автомобілів на пасивну безпеку
Аналіз зіткнень, наїздів, перевертань автомобілів показав, що тяжкість наслідків значно залежить від конструкції автомобіля. Комплекс заходів, що сприяють зменшенню тяжкості наслідків аварії для водія і пасажирів, відносять до так званої пасивної безпеки автомобіля.
Випробування автомобілів на пасивну безпеку проводять на полігонах або на спеціальних стендах. При випробуваннях на полігонах використовують комплектний автомобіль, а при стендових - кузов (кабіну) або окремі вузли (рульове управління, сидіння і ін.).
Метою випробувань є перевірка відповідності автомобілів і їх окремих вузлів нормативним вимогам по пасивній безпеці. Одночасно вирішуються завдання пошуку технічно і економічно обгрунтованих шляхів подальшого підвищення безпеки руху.
Методи полігонних випробувань автомобілів на пасивну безпеку
При випробуваннях автомобілів на полігонах відтворюють найбільш типові аварійні ситуації: лобове зіткнення; перекидання автомобіля; наїзди ззаду і збоку. Одним найбільш поширеним лобовим зіткненням в полігонних умовах є зіткнення з нерухомою перешкодою. На автополігоні НАМИ такі випробування проводять на спеціальному майданчику розміром 10X300 м. Залізобетонна перешкода являє собою паралелепіпед відповідно з висотою, шириною і довжиною, рівними 1,5x3,5x5 м. Маса перешкоди становить близько 90 тис. Кг. Лицьова поверхня перешкоди перпендикулярна кінцевого ділянці смуги розгону і облицьована фанерними щитами товщиною 20 мм. Випробовуваний автомобіль розганяють буксируються тягачем або лебідкою до швидкості 48-53 км / ч прямо по направляючої рейки. Зіткнення з бетонною перешкодою при швидкості автомобіля близько 50 км / ч ідентично зустрічному зіткнення двох автомобілів, що рухаються зі швидкостями 70-75 км / ч. Процес зіткнення з перешкодою фіксується швидкісними кінокамерами з частотою зйомки, приблизно рівної 1000 кадрів в секунду. За результатами експериментів оцінюють надійність кріплення ременів безпеки, сидінь, дверних замків і перегородки між багажним відсіком і пасажирським салоном, а також можливість евакуації пасажирів із салону автомобіля після аварії. Апаратура, призначена для вимірювання швидкості автомобіля в момент зіткнення, повинна забезпечувати вимірювання з похибкою <1%. Так, например, на автополигоне НАМИ используют систему фотостворов, которые расположены на расстоянии 5 и 10 м от препятствия. Время движения автомобиля на участке между фотостворами фиксируется с точностью до тысячных долей секунды.
До числа дуже небезпечних дорожньо-транспортних пригод відноситься перекидання автомобіля. Відтворити цю аварійну ситуацію на полігоні можна наїздом коліс будь-якої однієї сторони автомобіля, що рухається з певною швидкістю, на перешкоду-трамплін. Отримувані результати залежать від великого числа факторів: точності наїзду на трамплін, маси автомобіля і характеру розподілу мас по його довжині, жорсткості підвісок і шин, аеродинамічних характеристик автомобіля і ін. Більш стабільні результати отримують при використанні методики, за якою аварія перекидання імітується шляхом скидання автомобіля зі спеціальною рухомої платформи. Випробовуваний автомобіль встановлюють на опорну площадку платформи, яка нахилена на 23 ° щодо осі автомобіля в поперечній площині. Нижній кінець опорного майданчика має міцний бортик висотою близько 100 мм, куди впираються боковини шин. Платформа рухається горизонтально в напрямку, перпендикулярному поздовжньої осі встановленого на опорній майданчику автомобіля, з постійною швидкістю 48 км / ч. За нормативними даними, платформа загальмовується зі швидкості 48 км / год до повної зупинки на відстані не більше 0,914 м, зберігаючи своє строго горизонтально-поступальний рух того ж напрямку. Уповільнення платформи в процесі гальмування повинен бути не менше 20 g протягом 0,04 с. Розганяють платформу до необхідної швидкості тягачем. Необхідну рух платформи забезпечується напрямних пристроєм, а гальмування - буферним пристроєм. В результаті інтенсивного уповільнення платформи встановлений на ній автомобіль, рухаючись далі по інерції, падає на поверхню випробувального майданчика і перевертається кілька разів. В процесі випробувань швидкість платформи вимірюють за допомогою фотостворов. Для оцінки пасивної безпеки конструкції визначають деформації кузова, розміри залишкового простору салону; вивчають стан дверей, ременів безпеки і місць їх кріплення, стекол кузова, манекенів і т. д.
Для проведення випробувань на перекидання вантажних автомобілів і автобусів їх скидають з укосу з ухилом близько 60%. У кабіні автомобіля (салоні автобуса) на сидіннях розміщують манекени, частина яких прикріплюють ременями безпеки. У салоні встановлюють кінокамери (звичайні і швидкісні) для зйомки переміщень манекенів в процесі перекидання автомобіля. Що стоїть на краю укосу автомобіль (автобус) піднімають за одну сторону підйомником до тих пір, поки він не почне падати вниз по схилу, багаторазово перевертаючись. За допомогою встановлених на випробувальному майданчику кінокамер ведеться безперервна фіксація всіх етапів експерименту.
Аварію перекидання можна імітувати також при скиданні автомобіля, розташованого догори колесами під кутом до горизонту, на плоску горизонтальну площадку. Майданчик повинен мати тверду основу і бути покрита листом фанери товщиною 15 мм. Висота підйому автомобіля складає 0,35 м і визначається відстанню від нижньої точки даху до поверхні майданчика. У момент торкання даху кут нахилу поздовжньої осі автомобіля відносно поверхні майданчика повинен становити 5 °, а поперечної 25 °. При такому штучному перекиданні отримують стабільні результати, відповідні реальним, оскільки в багатьох дорожньо-транспортних пригодах спостерігається перевертання автомобіля в повітрі з наступним ударом об дорожнє полотно.
Обов'язковою є оцінка легкового автомобіля з позицій пасивної безпеки при наїзді ззаду. Мета таких випробувань - визначення зони деформації кузова при ударі ззаду, перевірка надійності і пожежної безпеки. Перевіряються також перевантаження шиї пасажирів-манекенів, ефективність дії і міцність підголівників. Випробування проводять при швидкості зіткнення 35 ± 3 км / год, паливний бак повинен бути заповнений паливом на 90%. Манекени, розміщені в салоні автомобіля, прикріплені ременями безпеки. На автополігоні НАМИ для випробувань, що імітують наїзд ззаду, застосовують двовісну візок з жорсткою рамою і ударної плитою розміром 800X2500 мм. Візок має дистанційно керовані гідравлічні гальма з електроприводом. Розганяти візок до заданої швидкості за допомогою таких дій: рухом по напрямних під ухил достатньої довжини і крутизни, буксируванням, реактивним прискорювачем і ін. Для створення ударного імпульсу можна також використовувати маятниковий пристрій з радіусом гойдання не менше 5 м (ГОСТ 21959-76). Маса ударного пристрою (візка або маятника) повинна становить 1100 ± 20 кг.
Аналогічно проводять випробування на бічний удар. Як ударного пристрою застосовують також візок або маятник (ГОСТ 21961-76). У випробувальному автомобілі, як правило, на передньому і задньому сидіннях з боку удару розміщують два манекена, прикріплених ременями безпеки. В процесі експерименту вимірюють перевантаження тулуба і голови манекенів, деформації бічних частин кузова, залишкового простору салону і ряд інших параметрів, фіксують випадки самовідкривання дверей в момент додатка ударного імпульсу, стан стекол кузова, двигуна і агрегатів шасі, перевіряють працездатність дверей і дверних замків протилежної удару боку автомобіля (двері повинні відкриватися без застосування інструменту).
За результатами описаних випробувань автомобіля на лобове зіткнення, перекидання, наїзд ззаду і збоку можна дати комплексну оцінку відповідності конструкції вимогам пасивної безпеки і в разі необхідності розробити рекомендації щодо необхідних змін і конструктивних удосконалень.
Методи лабораторних випробувань кузовів і кабін на удар
У зв'язку з необхідністю підвищення безпеки конструкції автомобіля все більшого поширення набувають стендові випробування на пасивну безпеку, так як на стенді часто можна обмежитися руйнуванням тільки кузова або його окремої частини, а в деяких випадках можливо отримати шукані результати без руйнування конструкції. Природно, що при цьому підвищується порівнянність результатів окремих експериментів і досягається істотна економія коштів.
Випробування натурних зразків кузовів і автомобілів в зборі на удар виробляють на спеціальних динамічних стендах-катапульта. Так, наприклад, санний імітатор зіткнень (рис. 1) заснований на використанні енергії стисненого газу (вихідне тиск приблизно 14-21 МПа).
Мал. 1. Принципова схема санного імітатора зіткнень
Стенд має дві циліндричні камери: передню 3 і задню 7, розділені перегородкою 5 з центральним отвором. У передній камері розміщені поршень 4 з штоком, сполученим з динамічними санчатами 1. Між торцем поршня 4 і перегородкою 5 є спеціальне ущільнення по периметру отвору. Для зміни тисків р1 і р2 призначені плаваючі поршні 2 і 8. У вихідному стані система знаходиться в рівновазі, так як активна площа з боку більшого тиску р2 мала. При введенні невеликої кількості газу в простір між перегородкою 5 і поршнем 4 рівновага порушується, високий тиск р2 починає діяти на всю площу поршня, що призводить до швидкого розгону санчат 1 із закріпленим на них кузовом автомобіля або іншим об'єктом випробувань. При моделюванні лобового зіткнення використовують принцип реверсування процесу удару, т. Е. Що стоїть кузов різко розганяють назад до швидкості 113 км / год, причому інерційні перевантаження досягають 40 g. Прискорення розгону кузова можна змінювати, керуючи перепадом тисків в отворі за допомогою стержня змінного перерізу 6. Описаний стенд можна використовувати для досліджень перевантажень, що діють на манекенів-пасажирів, для перевірки роботи обладнання салону автомобіля на відповідність вимогам пасивної безпеки і для оцінки ефективності нових конструктивних рішень по підвищенню травмобезопасности. Для випробувань кузовів і автомобілів на удар застосовують також пружинну катапульту (рис. 2).
а - автомобіль в початковому положенні; б - момент зіткнення з бар'єром
Мал. 2. Стенд-катапульта
На катапульти натяг пружин 2 здійснюють за допомогою лебідки 5, після чого пружини замикають пневматичним спусковим механізмом 4. Максимальна маса об'єкта випробувань дорівнює 2200 кг. Від спускового важеля 6 швидкість руху об'єкта в момент зіткнення з бар'єром 1 становить 50 км / год. На катапульти кузова і автомобілі в зборі відчувають на різні види зіткнень (рис. 3). Можливо також випробування окремих вузлів кузова (наприклад, передка). З цією метою вузол закріплюють на динамічної візку 3 (рис. 2), а певне, заздалегідь вибране гальмування, забезпечують спеціальним сповільнювачем.
У лабораторних умовах з деяким наближенням можуть бути відтворені умови навантаження силового каркаса кузова при перекиданні легкового автомобіля, т. Е. Імітовані випробування на перекидання, при проведенні яких кузов встановлюють, як показано на рис. 4. Відповідно до ГОСТ 21960-76 маса ударної плити 600x1600 мм повинна складати 60% маси випробовуваного автомобіля в спорядженому стані, а швидкість при ударі 2,7-3,3 м / с.
