К.т.н. Калмыков Б.Ю., асп. Овчинников Н.А.

Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса,

г. Шахты, Россия

Оценка и прогнозирование прочности кузова автобуса в эксплуатации

Существующая система сертификация продукции предполагает осуществление контроля ее качества на каждом этапе жизненного цикла. Сертификация автомобильной продукции и автобусов в частности осуществляет контроль качества вплоть до получения Одобрения типа транспортного средства. Однако вопросы возникают при оценке качества автотранспортных средств в эксплуатации, проведении капитальных и восстановительных ремонтов кузовов и при утилизации. В статье рассмотрены проблемы и предложены направления для их решения в области пассивной безопасности.

Действующие в России и в ряде европейских стран Правила ЕЭК ООН, применяемые при сертификации автотранспортных средств, оценивают в (иногда условно) прочность конструкции кузова автобуса и планировку его пассажирского салона (на предмет возможности беспрепятственного передвижения пассажира, с усредненными антропометрическими данными).

Существенным недостатком действующей системы сертификации являются отсутствие в Правилах, направленных на исследование пассивной безопасности автобусов:

- методов испытаний, оценивающих травмобезопасность пассажиров (уровень перегрузок человека, вероятность его выбрасывания из автобуса и т.п.);

- процедур инспекционного контроля со стороны органов по сертификации, надзорных и других федеральных структур за соответствием серийной продукции требованиям Правил ЕЭК ООН.

На данный момент сложилась критическая ситуация, когда на стадии сертификационных испытаний оценивается только прочность конструкции нового автобуса. При этом не рассматривается, что же произойдет с этим автобусом через 5-10, а то и 20 лет. Исследования показывают, что кузов автобуса при определенных эксплуатационных факторах не будет соответствовать условиям прочности уже через 4-6 лет с момента эксплуатации. Анализ автобусного парка России по годам эксплуатации показал, что большинство автобусов (45,3%) эксплуатируется более 10 лет, количество автобусов со сроком эксплуатации от 5 до 10 лет составляет 32,1% и меньше всего автобусов со сроком эксплуатации до 5 лет – 22,6%.

В данной работе рассмотрена зависимость снижения прочности кузова автобусов ПАЗ-3205 от срока его эксплуатации при разрушении металлических частей кузова коррозией.

Время до возникновения первой очаговой зоны элемента кузова – его коррозионная стойкость – может быть выражено как [1]:

Т=Т_о+Т_пр, (1)

где Т_о – время до возникновения очага коррозии;

Т_пр – время протекания коррозионного процесса до образования очаговой зоны.

По аналогии среднюю коррозионную стойкость кузова можно выразить как:

, (2)

где n – число очаговых зон кузова.

Проведенные исследования в работе [2] показали, что для кузова автобуса ПАЗ-3205, Т_о практически равную нулю, а Т_пр = 2,7-3,2 года.

Равенство нулю Т_о позволило получить значения Т_пр для характерных очаговых мест кузова автобуса. Увеличить значение Т_к можно, уменьшая знаменатель или увеличивая составные части числителя. Графически интенсивность коррозирования кузова автобуса показана на рисунке 1.

Рис. 1. Интенсивность коррозирования кузова автобуса

Из графика видно, что объединенный критерий интенсивности коррозии кузова автобуса может быть получен при обеспечении равнодолговечности групп элементов кузова.

Интенсивность коррозии кузова автобуса выражается аналитической зависимостью y(x):

y(x) = -0,0009x⁶ + 0,0353x⁵ - 0,57x⁴ + 4,5847x³ - 19,084x² + 39,313x - 31,617.

Для оценки потери прочности при опрокидывании автобуса ПАЗ 3205 воспользуемся экспериментально-расчетным методом для Правил ЕЭК ООН № 66 [3]. При этом учитывается зависимость (2).

Математическая модель определения деформации кузова автобуса при опрокидывании с учетом коррозии его материала будет выражаться зависимостями:

(3)

где Е_1i^*, Е_2i^* – энергии, сконцентрированные в шарнирах j-той рамы соответственно выше и ниже значения Н_п + 0,05 м, учитывающие коррозионные свойства материала кузова, Дж.

Значения энергий Е_1i^*, Е_2i^*, определяют по формулам:

(4)

где E_ч – энергия, приходящаяся на ту часть автобуса, которой принадлежит j-тый шпангоут.

Приведенные в формулах (4) зависимости напряжений от времени по формуле (2).

Проведя расчеты по формулам (3), было получено критическое значение перемещений элементов кузова в сторону остаточного пространства для автобуса ПАЗ-3205 при его сроке эксплуатации равном 6 лет. Это перемещение было получено в результате расчета первой шпангоутной рамы пассажирского салона (j=1) при исходных данных, представленных в таблицах 1, 2.

Для подтверждения разработанного метода необходимо провести экспериментальные исследования автобусов ПАЗ-3205 с эксплуатацией в течение 6 лет с принятыми допущениями. Однако уже на данном этапе становится понятно, что исследования направленные на оценку и прогнозирование потери прочности кузова автобуса в эксплуатации являются актуальными, для цели обеспечения надлежащего уровня пассивной безопасности.

Таблица 1 – Перемещения стоек левой боковины кузова ПАЗ-3205

Обозначение датчиков		Нагрузка на крышу секций, кН
		3,02
Перемещение стоек левой боковины, мм
П1	0,036
П2	0,041
П3	0,021
П4	0,018

Таблица 2 – Напряжения в стойках левой боковины кузова ПАЗ-3205

№ тензорезисторов		Нагрузка на крышу секций, кН
		3,02
Напряжения в стойках левой боковины секций, МПа
1	14
2	52
3	48
4	18
5	57
6	51

Литература:

1. Порватов И.Н. Исследования интенсивности коррозии кузовов автобусов: Дис. канд. техн. наук. М., 1978. –158 с.

2. Калмыков Б.Ю., Овчинников Н.А. Моделирование процессов разрушений несущих элементов кузова автобуса / Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-20: сб. трудов XX Междунар. науч. конф. В 10 т. Т 4. Секция 5 // под общ. ред. В.С. Балакирева. – Ярославль: Изд-во Яросл. гос. техн. Ун-та, 2007. – С. 113-115-88.

3. Иванов А.М., Порватов И.Н., Калмыков Б.Ю. Прочность кузовов автобусов (монография). Шахты: Южно-Рос. гос. ун-т экономики и сервиса, 2004. – 76 с.