Csuklószerkezetek
A csuklók felépítése és mechanikája felületesen

nyito_1.jpg

A csuklós járművek manapság teljesen általános jelenségek, azonban mintegy hatvan éves múltra tekint vissza maga a kialakítás, és a csuklószerkezet életpályája.

A nyitó kép úgy általában demonstrálja, hogy nagyjából mennyit lát egy átlagos utas a csuklóból. Nem túl ékesen – és budapestien – szólva: kék – szürke/fekete – kék. De mi van belül és a köpeny alatt? A csuklóköpeny lebontása előtt egy kis történeti visszatekintés.

Az egyre növekvő utasmennyiség elszállítása végett nem lehet a végtelenségig sűríteni a járatokon. Ha a követési idő „konstans”, akkor mivel lehet még operálni? A befogadóképességgel például. Az első ilyen próbálkozás (csuklós előd) a pótkocsis üzem volt. Az ilyenformán közlekedő autóbuszok a Fővárosban is sokáig üzemeltek, ám nem igazán váltak be (hátrányosabb kanyartulajdonságok, nem átjárható utastér, etc).

kanyarodasi_folyososzelesseg.jpg

A pótkocsis járműszerelvény kanyarodási tulajdonságai. Látható, hogy elég széles folyosót igényel. Forrás: BME GJT jegyzet.

Egy hosszabb, egybefüggő járműnek viszont jelentősen változnak a kanyarodási paraméterei (lásd háromtengelyeseknél a kényszer- vagy talajkormányzott C tengelyt, mely ennek kompenzálására van), szóval valahogy „meg kell törni” a karosszériát.

csuklosbusz_kanyarban.jpg

Kényszerkormányzott csuklós busz kanyarodási tulajdonságai. Forrás: BME GJT jegyzet.

Hasonló gondolatmenet játszódhatott le a mérnökök fejében, amikor kitalálták a karosszéria ízelését. Elsőként a német Vomag (1931) készített ízelt buszt, azonban a mai csuklósok elődjének tekinthető jármű 1952-ben készült a Kässbohrer-Setra és az MAN közös munkájaként. Elsőként tehát nem a magyarok alkottak ilyen autóbuszt. Az első magyar készítésű Rózsa László, Színi Béla és Lassú Gábor mérnöktrió nevéhez köthető, akik egy Ikarus 60-as és egy MÁVAG Tr 3,5-ösből kisüzemi körülmények között építettek egy csuklós buszt 1960-ban. Mindehhez a Vörös Csillag Traktorgyár által készített golyós koszorús forgózsámolyt használták fel.

golyos-koszorus_forgozsamoly_ik30.jpg

Az első magyar csuklóshoz felhasznált golyós koszorús forgózsámoly maketten. Forrás: "Ötvenéves a magyar csuklós busz" (Origo).

Persze a fejlődés ennyivel nem állt meg, a '70-es évektől elkezdve több gyártó is kipróbálta képességeit a duplacsuklósok terén. A további történeti elemekre nem kívánok kitérni, ezekről számtalan cikk született már, helyette a technikai megvalósítás kerül bemutatásra.

További történeti cikkek: Ötvenéves a magyar csuklós busz (Origo), 50 éves a magyar csuklósbusz (Autopro, fotógaléria).

Egyik legfontosabb a kialakításukat tekintve az, hogy (elsősorban) húzó vagy nyomó igénybevételt kapnak üzem közben (értsd: melyik egységben helyezkedik el a motor és a hajtott kerék).

Ahol húzócsuklós a kialakítás, általában kisebb és karcsúbb a kapcsolat a két kocsiszekrény között, míg tolócsuklós esetben jóval méretesebb a padló alatti rész (ez az acélok mechanikai tulajdonságaiból következik). Mivel a húzócsuklós (kisebb, egyszerűbb) szerkezetek nem igényelnek becsuklásgátló szerkezetet sem – így lényegében „semmi (mérnöki) izgalom” nincs bennük – ezért elsősorban a tolócsuklósokról lesz szó.

Másik fontos és alapvető szempont a kialakításukat tekintve, hogy valamilyen úton-módon mindhárom (hossz-, kereszt-, és függőleges-irányú) tengely mentén biztosítaniuk kell az elfordulási lehetőséget, ellenkező esetben értelemszerűen törés lenne a végeredmény.

Járműdinamikai gyorstalpaló

Minden jármű esetében megkülönböztetünk úgynevezett parazita mozgásokat analízis során. Nevében a végzete: élőskődök, a helyváltoztatási célzatot nem elősegítik, hanem hátráltatják inkább, felesleges energiát felemésztve. Ezen mozgások nem küszöbölhetőek ki teljesen (főleg, hogy javarészük a pályából eredeztethető), de itt, a csuklók közepén fontos megemlíteni őket. Lentebb egy ábrán szemléltetőbben hat ez az egész rideg mérnökiség, és biztosan mindenki el tudja képzelni könnyedén, miről van szó. Miért kell ezekkel foglalkozni itt? Egyes, alábbi mozgások túl nagy értéke (vagy nem megfelelő frekvenciája) esetén könnyen adódhat utasrosszullét is, és persze az sem mindegy, mire méretezik tervezéskor az egész szerkezetet.

Alapvetően három tengelymenti és három tengelykörüli formáját különböztetik meg a szakirodalmak [1], ezek sorban a következők:

  • x: rángatás,
  • y: szitálás,
  • z: rázás;
  • x körüli rotarikus: támolygás,
  • y körüli rotarikus: bólintás,
  • z körüli rotarikus: kígyózás.

parazita_xyz.jpg

Az alap minden esetben ugyanaz: a két kocsitestből kinyúlik egy-egy tartó, amelyek valamilyen módon csatlakoznak egymáshoz. A két főbb (és benne egy al-) típus:

  • golyós koszorús (nagyobb terhelhetőség, jobb terheléseloszlás, többnyire már ilyen van használatban, például Volvo 7700A, Volvo 7900A, MB C2G);

hubner_csuklo_mb_c2g.jpeg

Egy, már beépített Hübner HNGK 19.5-ös a Mercedes Citaro C2G-ben. Ők még továbbfejlesztették a saját elképzeléseikkel itt-ott, ez később szóba kerül még. Két szélen a munkahengerek, középen (amire nem szabad rálépni a matrica szerint) a nyomáskiegyenlítő-tartály. Forrás: Hübner.

  • golyós koszorús kiegészítve fogasívvel (hazánkban ilyen az elsőként legyártott Ikarus 417-es, vagy a Rába Premier/Contact 29x-ek);

hngk_9_2w.png

A Rába Premier/Contact 29x-ekben használt, golyós koszorús és fogasíves csukló (Hübner HNGK 9.2). Jól látható, hogy a keresztirányú tengely körüli elforgást a hátsó kocsitesthez csatlakozó elemek teszik lehetővé (kép jobb felső része). Forrás: Hübner.

  • királycsapos (akárcsak egy hagyományos, vonóháromszöges utánfutó esetében, ilyen például az Ikarus 280, Ikarus C80, Ikarus 438. A golyós koszorúshoz képest kisebb terhelhetőségű.).

ikarus_280_6.jpg

Egy Ikarus 280-as csuklója, az utasok számára ritkán látható résszel. Jól látszik a nyúlvány a gépes rész (=ahonnan készült a fotó) irányából.

ikarus_280_4.jpg

Oldalról az előző. Az előtérben lévő rudazatok a kényszerkormányzáshoz szolgálnak. Jobbra a gépes rész, balra az utánfutó.

Amiben eltér(het)nek egyes darabok még: hogy hol biztosítják a keresztirányú (y-) tengely körüli forgást (bólintást) – hol a szerkezet közepén, hol pedig valamelyik kocsitesthez csatlakozván van kialakítva. (Ehhez lásd a korábban bemutatott Rábához felhasznált HNGK 9.2-est.)

A kezdetekben a gyártók maguk tervezték meg és gyártották le az autóbuszaikhoz a csuklószerkezetet. A globalizáció térnyerése azonban itt is tettenérhető: manapság (most csak az európai piacot vizsgálva) lényegében két (német) gyártó foglalkozik külön csuklószerkezetek gyártásával, az összes európai buszgyártó (esetenként azon kívüliek is) tőlük szerzi be. Amennyire egyen darabnak tűnnek külsőre, annyira széles a gyártmánypaletta: elsősorban méret és terhelésbeli megkülönböztetés van, és természetesen alacsony- és magaspadlós gyártmány között is van eltérés.

hngk_19_5_ap.png

Egy komplett csuklószerkezet CAD rajza, melyen minden fontosabb elem jól kivehető. Nagyon hasonló található a Volvo 7700A-ban is. Felül elektromos kábelátvezetések, oldalt pedig légrendszeri és tüzelőanyag vezetékek futnak. Forrás: Hübner. 

Az Ikarus buszok esetében is „eleinte” a gyártó maga készítette az elforgást biztosító egységeket. A 180-as, a 280/C80 és a 438 húzócsuklós lévén királycsapos csuklóval került kivitelezésre, míg a 284-es, a 283/C83-as, a 417-es és a 435, E94G pedig golyós koszorús megoldással, ahogy említésre került, egyes esetekben fogasívvel kiegészítve (417.02). Az Ikarus 280-asoknál a tetőn elhelyezett kereszttartók pedig további, csavarodás elleni védelmet nyújtanak – a királycsapos megoldás önmagában (odalent) ugyanis nem véd kellő mértékben ez ellen.

ikarus_280_1.jpg

A keresztmerevítők egy 280-as tetején.

ikarus_180_csuklomerevites_1.jpg

A 180-as esetében eltérő kialakítású a csavarodás elleni merevítés "odafent".

A 435-ös esetében a becsuklásgátlás megoldása a hazai mérnökökre várt, ezért is késett/csúszott annak idején a típus sorozatgyártása – egészen 1993-ig [2]. Érdekesség még a 293-as esete, ahol az első csukló golyós koszorús, míg a második királycsapos kivitelű volt. Az „újkori” magyar csuklósok közül megemlítendő még az ARC (Ikarus) V187-es, melynél – a 435-ösökhöz hasonlóan – hazai fejlesztésű becsuklásgátlót építettek be a Hübner mechanika mellé [3].

ikarus_435_5.jpg

Egy Ikarus 435-ös csukló lelkivilága. Két oldalt a munkahengerek rudazatai, középen az olajsáros kis téglatest a nyomáskiegyenlítő tartálya a magyar fejlesztésű becsuklásgátlónak. Alul a két széles nyúlvány a hossztartók, a fényes félkör-gyűrűn siklik a szerkezet a függőleges tengely körül - így ez nem golyós koszorús, hanem sikló, ha úgy tetszik.

ikarus_435_2.JPG

Az előbbi típus, csak most alulnézetből. A piros nyíllal jelölt dobozka, amit az előbb fentről láthattunk (nyomáskiegyenlítő-tartály).

ikarus_435_y.JPG

Harmadjára pedig oldalnézetből. A nagyjából kép közepén véget érő jobbról induló váznyúlvány, amely végeinél keresztirányban tud forogni az egész. Lásd ismét a piros nyilakat.

A becsuklásgátló egy, legtöbbször hidraulikus munkahengerekből és a hozzá tartozó szerelvényekből álló zárt, nagynyomású rendszer, amely egy bizonyos becsuklási szögérték (ez a hossztengely és az elfordult első kocsitest között mért szögelfordulás) felett letiltja a jármű továbbhaladását. Ez amolyan önvédelmi mechanizmusnak tekinthető, mert túl nagy szögérték esetén törhet a szerkezet, vagy roncsolódhatnak a kábelátvezetések a két kocsitest között.

becsuklasszog.png

Az egyik komplett csuklókat gyártó cég a Hemscheidt Fahrwerktechnik Verwaltungs GmbH [4]. Számos más termékük mellett komplett, beépíthető (SKD-rendszerű) csuklószerkezetek is gyártanak. Hazánkban például a Credo Citadell 19-esben található meg a gyártmányuk.

hemscheidt_csuklo_citadell.jpg

A Citadell 19-esbe is beépített Hemscheidt SKD 420-as csukló kívülről...

hemscheidt_skd420_interior.png

...és belülről. A kép előterében lévő lefelé irányuló csap teszi lehetővé, hogy az "y" tengely körül elforduljon a szerkezet. Forrás: Hemscheidt.

A másik – és talán egy kicsivel nagyobb teret hódító – a Hübner. Talán azért is elterjedtebb, mert nem csak autóbuszokhoz, hanem villamosokhoz is készítenek csuklókat. De néhány buszgyártó a megrendelőik közül: Volvo, Mercedes-Benz, Solaris. A honlapjukon [5] – ellentétben az előbbivel – a főbb termékek és méreteik is tanulmányozhatóak. (A Wuppertal részére készített Ikarus 417-eseket is végül a Hübner csuklóival szerelték annak idején.)

mb_o_345g_1.jpg

Hübner csuklószerkezet egy Mercedes O345G-ben. Ugyanez található meg az O405G-ben is. "Lefelé" az első kocsitest, "felfelé" a hátsó kocsitest helyezkedik el a képen.

o_405_g.jpg

Az előző rajzon. Forrás: Mercedes-Benz O405G javítási-karbantartási útmutató.

v7700a_2.jpg

Megbontott külső burkolat egy 7700A-n. Túloldalon jól láthatóak a lég- és tüzelőanyag-rendszer átvezetett csőszerelvényei.

v7700a_1.JPG

Szintén egy 7700A, csak most felül-belül megbontva. Itt az elektromos kapcsolatok futnak a két kocsiszekrény között, melyeket egy kábelkorbács fog össze.

Ahogy már az ARC (Ikarus) V187 esetében is szóbakerült, a gyártók választhatnak, hogy teljesen felszerelvényezett csuklószerkezetet kérnek, vagy bizonyos dolgokat maguk tennének hozzá. A Mercedes Citaro C2-esénél is így volt ez: az Euro VI-os motorral szerelt verziónál több másik „apróságon” felül a becsuklásgátlót maguknak fejlesztették ki, annyi plusszal megtoldva, hogy közelítették a kanyarodási paramétereit a járműnek egy szóló buszhoz, valamint a nagyobb sebességű kanyarodásokban is törekedtek arra, hogy az „utánfutó” megfelelően kövesse az első kocsiszekrényt, és folyamatosan monitorozza a fedélzeti számítógép az aktuális szögértéket.

 

A Hübner szállította a Combinókba és CAF-okba is a csuklókat. Előbbi jármű esetén megfigyelhető, hogy kétféle méretű van beszerelve: a kisebbek csak függőleges tengely körül képesek elfordulni, míg a nagyobbak mindhárom tengely körül forognak (ezt jól meg lehet figyelni, amint áthaladnak a szerelvények az Oktogonon, pontosabban keresztezik az Andrássy utat).

combino_small.jpg

A kisebbik...

combino_big.jpg

...és a nagyobbik a Combinóból. Forrás: Hübner.

További, könnyen észrevehető eltérés a vasúti járművekre épített csuklószerkezetek esetén, hogy hosszuk fele, esetenként harmada a közúti járművekéhez képest. Ennek oka a bejárható legkisebb pályaívsugárban keresendő: míg egy csuklós busz első egysége hozzávetőlegesen 50-55°-ot is képes elfordulni, addig a vasúti közlekedésben alkalmazott (jóval) nagyobb ívsugarak miatt kisebb csuklószerkezetek is kielégítő kanyarodást biztosítanak (főleg, ha több is van belőlük). Általánosan a csukló hosszirányú mérete összefüggésben áll a legkisebb járható pályaívsugárral (ezenfelül még függ más tényezőktől is, például: járműegységek hossza, tengelytávok, kényszerkormányzás).

Kiegészítendő ezt azzal, hogy míg az autóbusznál "tolja" vagy "húzza" a csuklómechanizmust az erőforrás/egyéb erőhatások (pl. fékkésleltetés - pedálra lépve elsőként a hátsó tengelyen épül fel a fékhatás), addig a vasutak/villamosok esetén kisebb mértékű húzó- és nyomóerők lépnek fel, lévén a hajtás általában több egységben van elosztva (példának: Siemens Desiro, Stadler Flirt, CAF Urbos 3/5). 

Néhány vasúti alkalmazás szemléltetése.

Említést érdemelnek még a külső burkolatok anyagai. Míg az Ikarus 180-as esetében még kevésbé elasztikus, vászonszerű anyagból készítettek köpenyt a szerkezetre, addig a 280-asnál acélszál-merevítéses gumiköpeny volt gyárilag. Manapság pedig viaszosvászon-gumi egyvelege, szintén acélszálakkal merevítve.

A bevezetőben röviden megemlített duplacsuklós konstrukciók ugyanezekkel a szerkezetekkel/felépítéssel működnek, annyi különbséggel, hogy sok esetben nem csak a C, hanem a D tengely is kényszerkormányzott, hogy minél kisebb fordulókör-átmérőt tudjanak biztosítani.

 

Források:

[1] Dr. prof. Zobory István: Járművek és mobil gépek I. (BME VRHT tantárgyi jegyzet, 2012)

[2] Gerlei – Kukla – dr. Lovász: Az Ikarus évszázados története (maróti kiadó, 2008)

[3] JÁFI-Autókut, Mihálffy Pál: Becsuklásgátló fejlesztés (2003). [PDF]

[4] Hemscheidt GmbH Gelenksysteme

[5] Hübner articulation systems

A bejegyzés trackback címe:

http://sony872.blog.hu/api/trackback/id/tr5612281307

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

Nincsenek hozzászólások.

avatar_bwb_sm.png

Üdvözlöm az oldalon! Mi van itt?

Hírek, aktualitások, érdekességek az autóbuszok világából, járműtesztek, formatervezés-elemzés, vélemények, értékelések, utazási beszámolók, történetek... és még sok más, járművekkel & közlekedéssel kapcsolatos téma kül- és belföldről egyaránt.

A felhasználásról...

Kiegészítene valamit? Kérdése van? Felhasználná valamelyik fényképet?

 

> > > Tudnivalók < < <

 

Írjon nekünk!

 

> > > Üzenetküldés < < <

 

Kellemes & hasznos időtöltést kívánunk az oldalon!

 

© BusWorld blog 2008 – 2017.