Экспертиза причины разрушения компонентов несущей системы.
Несущая система, как известно из курса ВУЗа, это элемент транспортного средства, предназначенный для восприятия нагрузок, действующих на машину и ее элементы во всех режимах работы. Несущая система — один из основных элементов транспортной машины. История, как автомобиля, так и других транспортных машин насчитывает десятилетия. Казалось бы, за это время должны быть изучены все нюансы эксплуатации автомобильного транспорта, на основании чего можно было бы спроектировать несущую систему, оптимально отвечающую всем требованиям. В большинстве своем так и происходит. Но даже сейчас встречаются случаи выхода из строя того или иного компонента несущей системы.
Основная цель при проектировании несущих систем — создание конструкции, которая будет обладать достаточной прочностью и жесткостью во всех режимах эксплуатации на протяжении всего срока службы. Под этим определением нужно понимать, что возникновения различных условий чрезмерного нагружения в эксплуатации, которые приводят к повреждению элементом рамы не является недоработкой конструктора. Просто для каждого автомобиля или транспортного средства поставлена своя задача, рамки которой определяются руководством по эксплуатации. Экспертиза компонентов несущих систем не простое исследования с позиции выявления причины разрушения элемента, особенно если не установлено наличие дефекта материала при изготовлении.
Несущая система при движении транспортного средства подвергается воздействию различных сил. Но применительно к двухосному транспортному средству можно отметить, что его несущая система будет нагружена в наибольшей степени при таких режимах движения, как диагональное вывешивание. При этом практически весь вес машины передается на опорную поверхность через два диаметрально противоположных колеса. Данный случай характеризуется тем, что несущая система работает не только на изгиб, но и на кручение. А этот случай нагружения в плоских рамах и тех пространственных конструкций, какими являются несущие кузова легковых автомобилей вызывает значительно большие напряжения и деформации, нежели при нагружении изгибом, что имеет место быть при движении по ровной поверхности.
Рассмотрим два примера выхода из строя элементов несущей системы транспортного средства, возникшее при переезде неровностей, вызывающих кручение несущей системы и так часто встречающиеся в автотехнических экспертизах:
Трещина лобового стекла легкового автомобиля, возникшая при переезде неровности глубокой ямы, к примеру, в подмосковном городе или наезд на препятствие. Ныне применяемые вклеенные стекла являются полноправным элементом несущей системы. Рамка лобового стекла довольно плохо сопротивляется кручению кузова. Но стоит закрепить по периметру рамки оболочку — вклеить стекло, как такая рамка становится значительно жестче. Конечно, механические характеристики стекла как конструкционного материала далеки от идеальных, но они известны для производителей и позволяют обеспечить необходимые требованиям.
Несущая система любого автомобиля должна быть в состоянии выдержать такой режим нагружения, как диагональное вывешивание без разрушения каких-либо элементов. Но нагрузки бывают не только статическими (когда инерционная составляющая отсутствует). Любое транспортное средство предназначено, прежде всего, для движения. Соответственно, и неровности машина проходит в движении. При любом неравномерном, либо непрямолинейном движении имеют место инерционные силы. А при быстром срабатывании подвески до ограничителя, либо при ударном взаимодействии неподрессоренной части машины с опорной поверхностью нагрузки на несущую систему возрастают значительно. Вышеописанное разрушение имело место быть при переезде неровности, вызывающей закручивание кузова на скорости около 10 км/ч. Также, для преодоления ямы было недостаточно клиренса автомобиля, в результате чего произошло соударение порога автомобиля о вершину переезжаемой неровности. Причиной выхода из строя лобового стекла, в таких случаях является неудовлетворительное состояние дороги, которая покрыта толстым (около 20-30 см) слоем льда, а на колее образовалась яма.
Существуют транспортные машины, предназначенные для эксплуатации не только на автомобильных дорогах, неровности на которых ограничены стандартами. Это транспортные средства повышенной и высокой проходимости. Проектируются они для эксплуатации вне дорог, на пересеченной местности. Конструкция несущих систем легковых автомобилей повышенной проходимости отличается от конструкции несущих систем легковых автомобилей, предназначенных только для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным асфальтовым покрытием. Если несущая система дорожного легкового автомобиля представляет собой несущий кузов, то несущая система внедорожника представляет собой раму, на которой закреплены двигатель, элементы трансмиссии, подвески и кузов. Кузов соединен с рамой не жестко, а через подушки — упругие элементы. Рама добавляет массы, усложняет и удорожает транспортное средство. Причиной использования плоских рам на внедорожниках является не их огромная жесткость на кручение, а наоборот, рама закручивается на больший угол, нежели несущий кузов автомобиля аналогичной массы и габаритов. Суть в том, что при закручивании рамы на кузов автомобиля передаются значительно меньшие нагрузки и, как следствие, деформации. То есть при диагональном вывешивании рама закрутилась значительно, а установленный на нее через подушки кузов деформировался в меньшей степени. Кдеформациям кузова в эксплуатации предъявляются более высокие требования чем к элементам рамы. Однако, следует упомянуть о том, что существуют транспортные машины повышенной проходимости и с несущим кузовом. Это, как правило, достаточно легкие автомобили, для которых достаточно прочности и жесткости несущего кузова. Но можно возразить, упомянув о внедорожниках, претендующих на спортивность. Их несущие системы не имеют отдельной рамы, но при проезде различных неровностей прочности и жесткости кузова вполне достаточно. Кузов данных автомобилей отличается большим количеством разного рода усилителей, исполнением некоторых элементов из высокопрочных материалов. То есть это конструктивные меры, направление на достижение требуемой прочности и жесткости. Это дорого, нетехнологично, но назначение данных автомобилей требует того.
Рамы транспортных машин высокой проходимости тоже разрушаются в некоторых случаях. Следующий пример — разрушение рамы квадроцикла. Рама хребтового типа. Разрушение в виде трещины на боковой поверхности продольной балки (хребта) прямоугольного сечения. Данная рама разрушилась в результате ее закручивания при переезде соответствующей неровности. Разрушению способствовало наличие отверстия, которое послужило концентратором напряжений.
Однако, от концентраторов напряжений полностью избавиться невозможно. Любое отверстие, любой сварной шов, микрорельеф поверхности — все это является концентратором напряжений. Степень влияния различных типов концентраторов напряжений изучена и учитывается при прочностных расчетах. При проведении экспертизы данный случай является сложным для интерпритации эксплуатационного дефекта или выявления конструктивного недостатка. Если элементы подвески не имеют повреждений, колеса транспортного средства целые, а рама имеет трещину в зоне максимального рычага воздействия, то тогда имеет место не просто производственный дефект, а дефект т - конструкционный.
Для проектирования узлов и агрегатов любой машины необходимо знать в каких условиях будет эксплуатироваться автомобиль, какие нагрузки должно выдерживать транспортное средство вообще и несущая система в частности. Действительно, бездорожье, пересеченная местность не ограничиваются какими-либо стандартами, ничто не регламентирует высоту, профиль и расположение неровности и скорость их преодоления. От параметров неровностей и скорости их преодоления зависят нагрузки, воспринимаемые тем или иным компонентом транспортного средства. При проведении автотехнической экспертизы осмотр автомобиля проходит вне тех условий где возникали нагружения. Поэтому от квалификации эксперта будет зависить как полно будут отражены эксплуатационные факторы нагружения.
При движении вне дорог скорость ограничивается прежде всего исходя из условий безопасности и комфорта. С точки зрения расчета несущих систем автомобилей для повседневного использования важно именно условие комфорта. Суть его в следующем — увеличение скорости движения по пересеченной местности, в общем случае, приводит к росту ускорений (перегрузок), действующих как на машину, так и на водителя. То есть с ростом скорости возрастает так называемая тряска. И водитель снизит скорость только тогда, когда действующие на него ускорения превысят определенное значение. Для транспортных средств различного назначения данные цифры отличаются. В ходе экспертизы установить данные значения бывает невозможно, но оценивать их как шкалу для понимания применимость просто необходимо.
Многие современные производители транспортных машин высокой проходимости стремятся повысить условия комфорта путем понижения жесткости подвесок. В итоге такая машина способна двигаться по неровностям на большей скорости при тех же значениях ускорений (перегрузок), действующих на подрессоренную часть машины. Но, как известно, с ростом скорости и снижением жесткости подвесок значительно увеличивается вероятность выбора полного хода подвески до ограничителя, то есть пробоя подвески. А при пробое на несущую систему действуют значительно большие силы. Также с ростом скорости возрастает вероятность того, что водитель может неправильно оценить параметры неровности и переехать через нее на слишком большой скорости, что в свою очередь приводит к значительным нагрузка на машину в целом и несущую систему в частности.
Автотехническая экспертиза несущих систем различных автомобилей требует не только исследования характера нагружения или расчет конструкции на прочность. Очень часто достаточно проведения металловедческого исследования или анализа условий и правил эксплуатации. Такой комплексный подход позволяет не только выявлять конструктивные дефекты при изготовлении транспортного средства, но и находить эксплуатационную причину повторяемого недостатка. Надеемся, что данная информация была Вам интересна.
Специалист Александр (sancho ник на форуме)
