(Nem csak) a csuklós autóbuszok anatómiája - I. rész: Tömeg a buszon

2018. március 12. - 0illumination0

 

11c493_05.jpgCikksorozatunkban bepillantunk a városi alacsonypadlós csuklós autóbuszok anatómiájába, körbejárjuk azokat a kihívásokat, amikkel a konstruktőröknek meg kell küzdeniük egy-egy új karosszéria kifejlesztésekor vagy átalakításakor.

Néha akármennyire nem tűnik úgy, a városi autóbuszok fejlődése folyamatos. Az alacsonypadlós kialakítás lassan két évtizede alapelvárás, a kompromisszumos technológia folyamatos harcot jelent a tágas kialakítás és a gépészet helyigénye között. Mindezek mellett az utasok, megrendelők részéről támasztott követelmények – úgymint modern utastájékoztatás, biztonsági kamera, wifi, stb. – és a szigorodó emissziós és szilárdsági előírások ugyanazt eredményezik, amivel az autóiparnak szűk két évtizeddel ezelőtt kellett először komolyabban szembe néznie: a járművek tömege folyamatosan növekszik.

Az autógyártók esetén azonban másban csúcsosodott ki a probléma: nekik a deciliterekkel, a vezethetőséggel, a szigorodó töréstesztekkel és a gyakran emlegetett NVH-val (zaj, rezgés, nyersesség) kellett megküzdeni. A busziparban azonban, függetlenül attól, hogy ugyanúgy fontos minden komfort- és üzemeltetési költség-beli paraméter, az előírások, a műszakilag és jogszabályilag maximálisan megengedett tengelyterhelések, és a járművek össztömege jelentik a „plafont”, ameddig el lehet menni.

Egy kis statika

cit_vaz_kicsi.jpg

Mindannyian tudjuk, hogy amióta Newton feltalálta a gravitációt, minden lefelé esik. Newton viszont nem csak a gravitációt találta fel, hanem harmadik törvényét is. Jelen példánkban csak annyi fontos belőle, hogy ha a buszra erőt fejtünk ki (felszállunk rá, és a súlyunkkal terheljük), és nyugalomban marad, azaz nem süllyed bele az aszfaltba, akkor valahol lennie kell egy ellenerőnek, ami ezt megakadályozza. Ez értelemszerűen a kerekein jelentkezik – a buszt terhelő erők összességének ellenerejét a tengelyterhelések adják ki. Tehát a buszra ható erők vektori összege (a nagyságot és az irányt is figyelembe vevő összege) nulla.

Talán mindannyian emlékszünk gyermekkorunk játszótéri játékára, a mérleghintára. Ha fent voltunk a levegőben, és a másik srác, aki addig a napig a legjobb barátunk volt, leugrott a hintáról, leestünk. A mérleghinta szempontjából azonban ez csak egy szimpla elfordulás volt, ami a súlyunk, mint erő által okozott forgatónyomaték hatására történt meg.

Ha egy testnek egy pontját vagy tengelyét ún. statikai csuklóval rögzítjük a tér egy pontjához, azaz az elmozdulást megakadályozzuk, de az elfordulást nem, akkor ténylegesen létre jöhet a forgás. Ennek megakadályozásához vagy további pontokon / tengelyen rögzíteni kell a testet, vagy különböző egyéb erőkkel és nyomatékokkal ki kell egyensúlyozni azt. Minden olyan erő, amelynek hatásvonala kívül esik a merev test rögzítésén, forgató hatást okoz, amit nyomatéknak nevezünk. A nyomaték annál nagyobb, minél nagyobb az erő, ami létrehozza, és az erő hatásvonala minél távolabb van a vizsgált ponttól, ahol létrejön a nyomaték. Az „üzemszerű” mérleghintázás, vagy a klasszikus kétkarú mérleg így működik.

newton.jpg

Newton harmadik törvénye merev testek esetében nem csak az erők, hanem a forgatónyomatékok összességére is érvényes: a forgatónyomatékok előjeles (a forgásirányt is figyelembe vevő) összege nyugalomban lévő test esetén nulla.

Bizonyára többen is kerültünk már olyan helyzetbe, hogy amikor leültünk a sörpad szélére, és a többiek felálltak, a sörpad hirtelen felemelkedett, mint egy mérleghinta. Ilyenkor a súlyunk a sörpad két alátámasztása által közrefogott területen kívül esik, és a sörpad hozzánk közelebbi lábán forgatónyomaték keletkezik. Amennyiben a forgatónyomaték a sörpad távolabbi lábán nagyobb felfelé mutató erőt generál, mint a sörpad saját súlya által generált erő, akkor a sörpad megbillen, és ha nem vagyunk elég gyorsak, esés lehet a vége. Egy busz persze nem fog attól két kerékre állni, hogy a hátsó ajtón szállunk fel, de a modern kipufogógáz-utánkezelő berendezésekkel súlyosbított dízelmotor hasonló hatása már jelentős.

merleghinta.gif

Az álló busz ugye nem megy sehová, nem is forog, tehát nyugalomban van. Ilyenkor fel lehet rá írni a Newton harmadik törvényéből következő egyenleteket: a busz, és adott esetben a teljes rakomány súlya lefelé mutató erőként jelentkezik, és ezek összességével megegyező felfelé mutató erő jelentkezik a tengelyeken. A tengelyek egyben tekinthetők statikai csuklónak is: rögzítik a buszt, de elfordulását (két kerékre állását) nem akadályozzák meg. Így a tengelyek – bár erőt tudnak „közvetíteni” a busz felé, nyomatékot nem. Így olyan egyenletek is felírhatók, amelyeknél az az alapvetés, hogy a tengelyeken nyomaték nem jelentkezik. Erősen leegyszerűsítve ez azt jelenti, hogy az összes, a buszra ható erő – beleértve a busz saját súlyát, és a többi tengely terhelését – vizsgált tengelyre származtatott nyomatéka nulla. Ebből az egyenletrendszerből elméletileg, ha az összes komponens pontos pozícióját és tömegét ismerjük, meg lehet mondani a busz önsúlyát, és tengelyterheléseit.

Klasszikus statika példafeladat a kéttámaszú síkbeli tartó, amire könnyen leképezhető a fenti példabeli sörpad, vagy egy kéttengelyes szóló autóbusz. A csuklósok már egy kicsit bonyolultabb, háromtámaszú csuklós tartónak felelnek meg, de ez még mindig egy egyszerű feladat. A csuklót különösen fontos kihangsúlyozni, hiszen az első és a hátsó, merev kocsirész itt egymáshoz képest elfordulhat, ami nyugalmi helyzetben annyit jelent, hogy nyomatékot nem tudnak egymásnak átadni, csak erőt – így erre a pontra is felírható a nyomatéki egyenlet.

De mi az a nyomatéki egyenlet?

Newton harmadik törvényéből következik, hogy ha egy test nyugalomban van, akkor a rá ható erők és nyomatékok vektori összege – azaz együttes hatása a nagyságot és az irányt is figyelembe véve – nulla.

Ha kiválasztunk egy pontot, amely körül a test szabadon tud forogni, de az egyenes vonalú elmozdulás nem lehetséges – például egy statikai csuklót, vagy egy tengelyt – törvényszerű, hogy az ott ható nyomatékok vektori összege nulla lesz. Egyenes hatásvonalú erő viszont kifejthető a statikai csuklón keresztül.

tarto1.jpg

Tekintsük úgy az I. sz. síkbeli tartót, mint egy szóló autóbuszt. Az egyszerűség kedvéért legyen az első túlnyúlás 2,5 m, az A-B távolság 6 m, a hátsó túlnyúlás 3,5 m. A példa kedvéért mondjuk azt, hogy a csupasz vázszerkezet egyenletesen, méterenként 500 kg (12 m esetén 6000 kg) tömegű.

Az ebből származtatott tengelyterheléseket ki tudjuk úgy számolni, mintha a vázszerkezet tömegközéppontjában működne egyedül 6000 kg erő. Ez a középpont az A tengelytől 3,5 méterre van, tehát az A tengelyre származtatott forgató hatása:
• MA = 3,5 m × 6000 kg = 21000 kgm
Ahhoz, hogy a tartónk ne forogjon, a B tengelynek is kell az A tengelyre forgató hatást gyakorolnia, méghozzá ugyanennyit. A B tengely 6 m távolságra van, így a terhelés a forgató hatásból visszaszámítva:
• FB = 21000 kgm / 6 m = 3500 kg
Azt is tudjuk, hogy a szerkezet 6000 kg tömegű, tehát a két tengely terhelése összesen 6000 kg. Ebből következően:
• FA = 6000 kg – 3500 kg = 2500 kg.
Az A tengely terhelése tehát 2500 kg, a B tengelyé pedig 3500 kg.

Ehhez jönnek a hajtáslánc elemei, külső-belső burkolatok, üvegek, egyéb felszerelések, sőt, a tengelyek saját tömege is jelentős. Egy mai szóló autóbusz menetkész tömege 11 tonna alatt már fantasztikusan jónak mondható.

tarto2.jpg

Nézzünk végig egy egyszerű csuklós autóbuszt is a II. Sz. Tartónak megfelelően, hasonló alapadatokkal. Legyen:
az első túlnyúlás 2,5 m,
az A-B tengelytáv 6 m,
a B-csukló táv 1,5 m,
a csukló-C táv 4,5 m,
a hátsó túlnyúlás pedig 3,5 m.
A busz 18 m hosszú, a vázszerkezet teljes tömege így 9000 kg lesz.

A hátsó rész teljes hossza 8 m, ami a C tengelyen és a csuklón nyugvó síkbeli tartónak felel meg. A vázszerkezet 8 m × 500 kg = 4000 kg, tömegközéppontja a C tengelytől 0,5 méterre, a csuklótól 4 méterre van. A csuklóra számolt forgatónyomaték:
• MCS = 4 m × 4000 kg = 16000 kgm
Mivel a busz továbbra sem forog, a C tengely is nyomatékot fejt ki a csuklóra, amintek nagysága megegyezik az Mcs-vel. A C tengely terhelése a fenti analógia alapján:
• FC = 16000 kgm / 4 ,5 m = 3556 kg
De a hátsó rész teljes tömege 4000 kg, ezért a csuklóra is adódik terhelés:
• FCS = 4000 kg - 3556 kg = 444 kg.
A további számítások miatt fontos megjegyezni, hogy ez lefelé terhel.

Az első kocsirészt először is a szóló autóbuszhoz hasonlóan kiszámoljuk. A teljes tömeg 10 × 500 = 5000 kg. A tömegközéppont az A tengelytől 2,5 méterre, a B tengelytől 3,5 méterre helyezkedik el, az A tengelyre származtatott forgatónyomaték:
• MA = 2,5 m × 5000 kg = 12500 kgm
A B tengely A tengelyre kifejtett forgató hatásából származtatott terhelése:
• FB= 12500 kgm / 6 m = 2083 kg
Az A tengely terhelése így:
• FA = 5000 kg – 2083 kg = 2917 kg

Most terheljük rá erre a csuklót, azaz akasszuk össze a két felét a járműnek. Emlékezzünk, a csukló lefelé terhel, tehát a B tengelyt lenyomja, míg az A tengelyt mérleghinta-szerűen megemeli. Fel is tudjuk írni az A tengelyre gyakorolt hatását úgy, hogy elképzeljük a mérleghintát, aminek az egyik felén az A tengely ül, a másik felén csukló, a mérleghinta tengelye pedig a B tengely. Az A tengelyre gyakorolt hatás fordítottan arányos azzal, ahogy az A tengely B tengelytől mért távolsága aránylik a terhelés B tengelytől mért távolságával. Így az eredetileg 2917 kg terhelésű A tengely terhelése a következőképpen alakul:
• FA = 2917 kg - (444 kg × (1,5 m / 6 m)) = 2806 kg
A B tengelyt pedig számítsuk ki az első kocsirészt terhelő erők előjeles összegéből.
• FB = 5000 kg + 444 kg - 2806 kg = 2638 kg

Így az A tengelyen 2806 kg, a B tengelyen 2638 kg, a C tengelyen 3556 kg adódott. 2806 + 2638 + 3556 = 9000 kg. A csukló pedig lefelé van terhelve, 444 kilogrammal.

A busz üresen…

solaris_bolechowo_8.jpg

Az autóbuszok – önhordó, vagy alvázas konstrukció esetén is – üres tömegének elég jelentős részét adja a vázszerkezet. Ez – könnyen belátható módon – a tengelyek elhelyezésétől, és a vázszerkezet kialakításától függően többé-kevésbé az összes tengelyt egyenletesen terheli meg. Azonban a busz felöltöztetésekor már rögtön szembe találjuk magunkat egy nagyon jelentős tétellel: a motor, váltó, és az összes kiegészítőjük (hűtőrendszer, kipufogó-rendszer, akkumulátorok, elektronikák, üzemanyag-tartályok stb.) együttes tömege könnyedén meghaladja egy felső-közép kategóriás személyautó tömegét.

Súly? Tömeg? Nyomaték?

Bár a hétköznapokban a két fogalmat gyakran egymás szinonimájaként használjuk, a gyakorlatban azért mást jelentenek.

A tömeg egy test tehetetlenségét fejezi ki, ami azt mutatja meg, hogy mennyi erőt kell kifejteni a test mozgásállapotának megváltoztatásához. Ez a mennyiség minden körülmények között állandó, a Földön, az űrben, a liftben, mindenhol. Effektív módon azt fejezi ki, hogy összességében mennyi elemi részecskéből (proton, neutron, elektron, melyek tömege ismert) áll össze egy test. Ennek a mértékegysége a kilogramm.

A súly ellenben definíció szerint az az erő, amivel a test nyomja az alátámasztását vagy húzza a felfüggesztését. Ennek megfelelően mértékegysége, mint minden erőnek, Newton. Nyugalomban egy 1 kg tömegű test súlya a 45° földrajzi szélességen, tengerszinten 9,80665 Newton.

A forgatónyomaték az erő által generált forgató hatás mértékegysége. 1 m erőkarral (az erő hatásvonala és a tengely közötti legkisebb távolság) 1 N erő 1 Nm (Newtonméter) forgató hatást idéz elő.

Vájtfülűek észrevehetik, hogy a számításokban a tömeget és a súlyt mértékegység tekintetében is ekvivalensként kezeljük. Ez természetesen nem pontos, de tekintve, hogy nyugalomban lévő rendszerről beszélünk, a két mértékenység közötti átváltás mindkét irányban egyértelmű. Amikor tehát azt mondjuk, hogy 1000 kg "erő" a terhelés, az annyit jelent, hogy annyi N erő a terhelés, amennyi egy 1000 kg tömegű test súlya. Ugyanúgy, a 100 kgm forgatónyomaték annyi forgatónyomaték, amennyit egy 100 kg tömegű test súlya 1 m erőkarral működtetni képes a tengelyen. 

Ennek megfelelően egy kicsit sem mindegy, hogyan helyezzük el őket a vázszerkezetben, illetve hogy hogyan rendezgetjük alatta az alátámasztásokat, a tengelyeket. Könnyen belátható, hogy a szóló autóbuszon a túlnyúlásokba (azaz az A tengely elé, vagy a B tengely mögé) tett tömegek a hozzájuk közelebbi tengely terhelését növelik, a távolabbi tengelyét csökkentik. Mivel az erők összegének továbbra is nullának kell lennie, ezért a két tengelyre ható erő előjeles összege megegyezik a tömeg súlyával. Ebből következően a túlnyúlásokba tett tömegek saját súlyuknál nagyobb erővel fogják terhelni a hozzájuk közelebbi tengelyt.

Terheljük meg a vázunkat

A fenti szóló autóbuszra vonatkozó példánál maradva, az üres, 6000 kg-os vázszerkezetbe beemeljük a motor-váltó kombinációt. Legyen a tömege 1500 kg, és a B tengelytől 2 méterre hátrafelé helyezzük el a tömegközéppontot.

Képzeljük el a mérleghintát, aminek az egyik felén az A tengely ül, a másik felén a hajtáslánc, a mérleghinta tengelye pedig a B tengely. Az eredetileg 2500 kg terhelésű A tengely terhelése a következőképpen alakul:
• FA = 2500 kg - (1500 kg × (2 m / 6 m)) = 2000 kg
A teljes buszunk tömege viszont már 7500 kg, így a B tengely terhelése a következőképpen változik:
• FB = 7500 kg – 2000 kg = 5500 kg

Az A tengely új terhelése 2000 kg, a B tengelyé pedig 5500 kg lesz. Láthatjuk tehát, hogy a szerencsés pozicionálásnak köszönhetően 2000 kilogrammal sikerült növelni a B tengely terhelését egy mindössze 1500 kg-os tömeg segítségével.

A csuklós autóbuszon bonyolultabb a helyzet. Egy tolócsuklós autóbusz motorjának és váltójának súlya a C tengely mögé helyezve lefelé mutató erőt fejt ki a hátsó merev részre, amit mérleghinta-szerűen akarja elfordítani a C tengely körül. Ebben csak a csuklónál ható, szintén lefelé mutató ellenerő akadályozza meg. A nyomatéki egyenletet az A tengelyre felírva mindjárt látszik, hogy a csuklóban ébredő erő a B tengelyt nem terheli, hanem ,,felfelé" húzza. Ha tehát nincs elég terhelés a B tengelyen a vázszerkezet és az egyéb berendezések által, a terhelése akár túlságosan is lecsökkenhet, miközben a C és az A tengelyé erősen megnövekszik.

jo_volt.JPGA motor hatását ellensúlyozza az akkumulátor és az üzemanyagtartály, nyilakkal jelölve. Na és persze a csuklószerkezet is.

A buszgyártók valós problémája a tolócsuklós autóbuszok esetén, hogy a B tengely terhelése túl alacsony. Ennek kiküszöbölésére szándékosan a B tengely közvetlen közelébe, vagy a B és a C tengely közé helyezik a többlet-terheléseket (pl.: akkumulátor, klímaberendezés tetőegységei, üzemanyagtartály).

De miért lesz alacsony a B tengely terhelése?

Fenti példánkat folytatva, tegyük be a csuklós járműbe is a hajtásláncot, ami ezúttal legyen 2000 kg. A pozíció ugyanott van, a C tengelytől hátrafelé 2 méter távolságban.

A csuklóra adódó teljes hatás így a következőképpen változik:
• Fcs = 444 kg - (2000 kg × (2 m / 4,5 m) = -445 kg
Azaz a csukló ezúttal felfelé van terhelve 445 kg-mal.
A C tengely új terhelését a hátsó kocsirészre ható erők előjeles összegéből megkapjuk:
• Fc = 4000 kg + 2000 kg + 445 kg = 6445 kg.
Ugyanúgy, mint a szóló autóbusz esetében, itt is az eredetileg 3556 kg-os tengely terhelését majd' három tonnával növeltük meg egy jól pozícionált 2 tonnás tömeg segítségével.
Nade nézzük tovább az első kocsirészt. Összeakasztás nélkül a tengelyek terhelése FA = 2917 kg; FB = 2083 kg. A fenti számítás második felét pedig csináljuk végig úgy, hogy ezúttal a csukló terhelésének iránya megváltozott, és ezzel az előjelek is változnak:
• FA= 2917 kg + (445 kg × (1,5 m / 6 m)) = 3028 kg
Az első kocsirészt terhelő erők előjeles összegéből a B tengely:
• FB = 5000 kg - 445 kg - 3028 kg = 1527 kg

A teljes tömegnek ezúttal 11000 kg-nak kellene lennie, az A tengely a fentiek alapján 3028 kg, a B tengely 1527 kg, a C tengely pedig 6445 kg, 3028 + 1527 + 6445 = 11000.

Látszik, hogy a B tengely terhelése csaknem fele az A tengelyének, és a C tengely terhelésének kevesebb, mint a negyede. Ez járműdinamikailag enyhén szólva sem kívánatos. Ha a jármű arányait nem megfelelően választjuk meg, a probléma még inkább kicsúcsosodik.

Egy kis számolgatással látható az is, hogy a B tengely terhelésére jótékony hatással van az, hogyha a motor közel esik a C tengelyhez, és a C és B tengelyek is messze esnek a csuklótól. Ezek viszont további problémákat vetnek fel: az optimális utastér-kialakítás, és a minimális kardánhossz miatt a motor nem rakható akármilyen közel a C tengelyhez, a csuklótól messze lévő C tengely hosszabb hátsó részt és nagyobb tengelyterhelést jelent, a csuklótól messze lévő B tengely miatt pedig a busz becsuklásra hajlamosabb lesz (hogy miért, az a cikksorozat következő részéből kiderül).

jo_volt_demarnemaz.jpgMi történik, ha ugyanannál a busznál lecsökkentjük a C tengely és a csukló távolságát és a csuklószerkezetet könnyebbre cseréljük? A B tengely terhelése extrém módon lecsökkenhet. Azt majd meglátjuk, hogy ez miért baj.

A húzócsuklós autóbuszok a közelmúltig valós alternatívát jelentettek, azonban az utastér-kialakítás tekintetében egyértelműen rosszabbak, mint egy farmotoros elrendezésű jármű. Emellett a motor segédberendezéseinek méret- és tömegbeli növekedésével egyre nagyobb problémát jelentett a motor elhelyezése a két tengely között. Látni fogjuk, hogy a húzócsuklósok helyzete utasokkal terhelve sem javul túlságosan.

…és tele

busz_tele.jpg

Ahogy az ismert példában a professzor úr befőttes üvege, úgy az autóbusz is többféleképpen lehet tele. A triviális szempontokon túl, hogy a busz egyensúlya ne boruljon fel, a tengelyek ne emelkedjenek a levegőbe, illetve hogy a vázszerkezet méretezése elviselje a felmerülő terheléseket, a legfontosabb további teendő a törvényi megfelelőség biztosítása.

Az autóbuszok típusvizsgálata során Európában az ENSZ-EGB 107. sz. előírását veszik alapul, aminek idevágó, 3.2.3.2.1. sz. passzusa, közforgalmú városi buszokra értelmezve röviden annyit jelent, hogy ülésenként egy 68 kg-os utas foglal helyet, és az állóhelyen egyenletesen oszlanak el további 68 kg-os utasok, de egy utas minimum 0,125 m2 helyet (8 fő/m2) foglal el. Ez akkora embertömeg, mintha egy 200-as Ikarus lépcsőjén 4 fő állna, vagy mintha egy átlagos telefonfülkében 5 fő zsúfolódna össze, csak a telefonfülke még mozog is, és a belső ember kétpercenként ki akar jutni.

A jogszabály maximális utasonkénti területet, vagy fordítva, minimális utassűrűséget nem határoz meg. Tehát a vizsgálóintézet és a gyártó józan belátása alapján a típusbizonyítványba, és az az alapján kiállított forgalmi engedélybe, a maximális szállítható utasszám rubrikába olyan értékek is bekerülhetnek, amelyek a maximális utassűrűségnél kisebb utassűrűséget feltételeznek.

A magyar hatályos jogszabály, a közúti járművek forgalomba helyezéséről szóló 6/1990 (IV. 12.) KöHÉM rendelet  többé-kevésbé konform az ENSZ-EGB előírásokkal, ami a szállítható személyek számának meghatározásakor minden négyzetméterre 8 személyt ír elő a 20. § (4) bekezdésében, azonban nyitva hagy egy kiskaput.

De miért is fontos ez a kiskapu? Hiszen a gyártó – már csak marketing-szempontból is – nem abban érdekelt, hogy minél nagyobb befogadóképességű járművet gyártson? És ez alapján nem az a legkedvezőbb megoldás, ha a legsűrűbb, 8 fő/m2 értékkel számol? De igen, csakhogy itt jön a képbe a másik plafon: a tengelyterhelés- és tömegelőírásoknak való megfelelés kérdése.

Szabál, szabál…

15c394_04.jpg

A jogalkotó – nem jókedvéből, hanem az általa fenntartott infrastruktúrát megvédendő, a jelenlegi helyzetnél is gyorsabb nyomvályúsodást és kátyúsodást, nem adj’ isten aszfalt-beszakadást elkerülendő – maximalizálta a tengelyterheléseket.

A típusvizsgálat során, az ENSZ-EGB előírásban leírtak szerint, az üres jármű hiteles mérés során lemért tengelyterheléseiből, az ülések pozíciójából és az állóhely geometriájából, az egész állóhely-felületet egy egyenletesen megoszló terhelésként értelmezve, a fent megismert nyomatéki egyenletek segítségével kiszámolják az elméleti megengedett maximális tengelyterhelést és az össztömeget.

Hogyan is történik ez?

Vegyük a példa-beli szóló autóbuszunkat, ezúttal már menetkészen. Az A tengely terhelése legyen 4000 kg, a B tengelyé pedig 7000 kg. Osszuk fel az állóhely-területeket ismert méretű és súlypontú síkidomokra, valahogy úgy, ahogy az ábrán látható:

alaprajz.jpg

Osszuk fel a buszt három szekcióra, első túlnyúlás, két tengely közötti szekció, és hátsó túlnyúlás.
Egy ismert terhelés hatásának kiszámításához fel tudjuk írni a következő egyenleteket:

Az első túlnyúlásban:
ΔFB = -(m × (dA/dAB))
ΔFA = m + ABS(ΔFB)

A hátsó túlnyúlásban:
ΔFA = -(m × (dB/dAB))
ΔFB = m + ABS(ΔFA)

A két tengely között pedig:
ΔFA = m × (dB/dAB)
ΔFB = m × (dA/dAB)

Ahol dA, illetve dB a terhelés távolsága az A, illetve B tengelytől, dAB a tengelytáv, m pedig a terhelés tömege. Az ülések pozícióinak, a síkidomok területének és súlypontjának ismeretében végig számolható az egész jármű.

A példa kedvéért számoljuk ki a 75 kg-os sofőr hatását, aki 1,5 méterrel ül az első tengely előtt:
ΔFB = -(80 × (1,5/6) = -20;  FB= 6980 kg
ΔFA= 80 + 20 = 100;  FA = 4100 kg

Szálljon fel még egy babakocsis anyuka is pont a két tengely közé középre, akinek a tömege a gyerkőccel, babakocsival együtt 60 kg:
ΔFA = 60 × (3/6) = 30;  FA= 4130 kg
ΔFB = 60 × (3/6) = 30;  FB = 7010 kg

És szálljon fel a hátsó ajtón egy négy fős társaság, aki összesen 300 kg, és a B tengelytől hátrafelé 0,5 méterre állnak meg:
ΔFA = -(300 × (0,5/6)) = -25;  FA = 4105 kg
ΔFB = 300 + 25 = 325;  FB = 7335 kg.

Összesen 80 + 60 + 300 = 440 kg terhelést tettünk fel a buszra, a két tengely terhelése pedig 4105 + 7335 = 11440 kilogrammra adódott.

Aki kicsit jártas az Excel világában, ebből könnyen tud csinálni egy táblázatot, amelybe a terhelések mértékét és pozícióját csak be kell írogatni, és automatikusan számítódnak a tengelyterhelések.

A vizsgálóintézetben nem csak rajzból dolgoznak, hanem a valóságban is lemérik az ülések és a síkidomok pozícióját, területét.

A típusvizsgálat során az európai Tanács 96/53/EK irányelvének 3. pontjára tekintettel vizsgálják a legnagyobb megengedett tengelyterhelést, ami a városi buszok tekintetében nem hajtott tengelynél a 10 tonnát, hajtott tengelynél a 11,5 tonnát nem haladhatja meg. A fentebb már említett 6/1990 KöHÉM rendelet ezzel az előírással megegyező elvárásokat fogalmaz meg a 7. §-ban. A tanácsi irányelv 2. pontja szerint a kéttengelyes, városi szóló autóbusz össztömege mindezek mellett sem haladhatja meg a 18 tonnát, míg a városi csuklós, háromtengelyes autóbuszok legfeljebb 28 tonna össztömegűek lehetnek. A KöHÉM rendelet 6. §. a kéttengelyes szóló autóbuszokkal szemben megengedőbb, a 20 tonnás járművek is megfelelnek.

modulo_m158d_terheles.gif A C tengely és a csukló távolságának változtatása esetén a tengelyterhelések alakulása, ceteris paribus

További korlátot jelent a futóművek műszakilag megengedett terhelhetősége, ami például a gyártók körében mellső tengelyként népszerű ZF RL 82 EC független felfüggesztés esetében 8,2 tonna, vagy a ZF RL 75 A merevtengely esetében 7,5 tonna. A szintén népszerű ZF AV 133 hajtott tengely technikailag akár 13 tonnás terhelést is kibír.

A gumiabroncsok teherbírása szintén véges, a gyakori, 275/70 R22,5 méretű, prémium kategóriájú Continental Conti Urban gumiabroncs szimpla abroncsozással, maximális 900 kPa nyomáson tengelyenként 7,1 tonnát, dupla abroncsos konfigurációban 12,6 tonnát vihet a hátán.

Itt kell visszautalnunk a húzócsuklós autóbuszokra: az első kocsirész jelentősen magasabb saját tömege miatt az nem terhelhető túlságosan sok utassal – igaz, a motorsátor „hatékonyan” csökkenti az utasok rendelkezésére álló területet – a hátsó résszel pedig hamar elérhetjük a tengelyterhelés műszaki korlátait, így hiába a kedvező tengelyterhelés-megoszlás, így sem egyszerű nagy befogadóképességű autóbuszt csinálni.

zf_tengelyek.jpg

A modern, EURO 6 emissziós normáknak és az ENSZ-EGB 66. sz. előírásban támasztott tetőszilárdsági követelményeknek megfelelő, szellős utastérrel rendelkező városi autóbusz esetén borítékolható, hogy a maximális utassűrűség nem érhető el az állóhely-területen. Így viszont a szállítható személyek számát kell csökkenteni, de tekintve a 8 fő/m2 elvárás abszurditására és megvalósíthatatlanságára, ez önmagában talán nem is baj.

Az is nehezen képzelhető el, hogy egy jármű csak úgy „megbukik” a típusvizsgálaton, mint egyszeri hallgató a statika vizsgán, mert a gyártó 6 fő/m2 értékkel adta meg az intézethez benyújtott adatlapon a tömegszámítási paramétereket, míg a jogszabályilag meghatározott maximális tengelyterhelés már 5,9 fő/m2 értéken jelentkezik.

A típusvizsgálat során ugyanis a vizsgálóintézet a szabályok adta lehetőségeken belül interaktív módon kommunikál a gyártóval, és az könnyen előfordul, hogy a vizsgálóintézet jelzi, hogy a benyújtott adatlapon szereplő tömegértékekhez képest ő pár százalékkal különböző, esetleg a jogszabályoknak már nem megfelelő eredményre jutott, és felkéri a gyártót a szolgáltatott adatok felülvizsgálatára, vagy adott esetben a gyártmány módosítására.

Na jó, de mennyi az annyi?

A legtöbb esetben a típusbizonyítványokban megengedett álló utas sűrűség 5-6 fő/m2 az alacsonypadlós tolócsuklósok esetén.Például a VT.Transman Mercedes Citaro C2G típusú autóbuszok esetén a 4fő/m2-rel számított állóutas kapacitás 66 fő. 66 fő osztva a 4fő/m2-rel az 16,5-16,74 négyzetméter közötti állóterületnek adódik, mivel az utasok számát minden esetben lefelé, egész számra kell kerekíteni. A busz típusjóváhagyásában erre az üléskiosztásra 100 fő álló utas szerepel, ami 5,9-6 fő/m2 utas-sűrűséget jelent.

img_8521.JPG

A vezető mellé felragasztott matricára felvitt adatok újabban egyeznek a típusjóváhagyásban szereplőkkel.

Nagy állóterekkel ellátott 18 méteres busz (pl. Conecto G Budapesten) hasznos állófelülete 17,4 m2 körülre tehető, ahogy a 18,75 méter hosszú szegedi Ikarus trolinak is pontosan ennyi, különösebben nagy peronok nélkül.

Fontos megjegyezni, hogy a padlófelület számításból a 8 foknál nagyobb lejtésű területeket ki kell zárni.

Mindenképpen meg kell jegyezni azt is, hogy az illetékes hatóság, aki a vizsgálóintézet jegyzőkönyve alapján a típusbizonyítványt kiállítja, vagy a Közösség más országában kiállított típusbizonyítvány befogadásáról dönt, bizonyos esetekben, bizonyos közösségi és nemzeti jogszabályi keretek között, bizonyos előírások alól mentességet adhat. Ebben az esetben viszont a mentességet adó hatóságnak mindenképpen meg kell győződnie arról, hogy a mentesség ellenére, az előírások céljának megfelelő-e a jármű kialakítása, és ezért ő felelősséget vállal. Ebben az esetben nem feltétlenül kell magyar, vagy éppen román-bolgár-horvát mutyira gondolni, Budapesten is közlekedik olyan jármű, amely bizonyos közösségi irányelvek és előírások tekintetében – ha nem is teljes felmentést, de kedvezményt kapott, nem mástól, mint a német közlekedési hatóságtól.

A következő részben elindulunk a busszal és a tömeggel, megnézzük, hogy járműdinamikailag mi történik a csuklós busszal egy jobbra, kis ívben, álló helyzetből történő kikanyarodáskor, és milyen rendszerek dolgoznak azért, hogy a járművezetőinek és utasainak semmi különös ne tűnjön fel ilyen helyzetekben.

A képek forrásai: Daimler, Solaris, ZF

A bejegyzés trackback címe:

https://omnibusz.blog.hu/api/trackback/id/tr4813666714

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 és az adatvédelmi tájékoztatóban.

premium salmon 2018.03.13. 07:11:33

Ez igen!
Amennyire egy laikus megállapíthatja, friss, hang, indulatmentes hűvös szakmaiság.

Hány részre számíthatunk még és milyen területeken?
Ha lesz, akkor a saját tömeg, menetkész tömeg és a többféle utaskapacitás taglalását várom leginkább.

nemeza 2018.03.13. 13:57:06

Igazi szakmai cikk. Köszönjük, várom a folytatást!

itoérambolafoci 2018.03.13. 14:36:23

Ez egy hatalmas körítéssel megírt cikk annak kimagyarázására, hogy miként szerepelhet az M168D típusbizonyítványában a jogszabály által előírt 8fő/m2 állóutas terhelésnél kisebb engedélyezett maximális állóutas terhelés.

Csakhogy a cikkből pont az nem derül ki, hogy a jogszabályban konkrétan hol található az állítólagos "kiskapu", amire hivatkozva a 20. § (4) bekezdésben kötelezően előírt 8fő/m2 maximális állóutas terhelésnél kisebb értéket lehetne a hatósági engedélyben alapul venni.

A cikk okfejtése szerint:

"A jogszabály maximális utasonkénti területet, vagy fordítva, minimális utassűrűséget nem határoz meg. Tehát a vizsgálóintézet és a gyártó józan belátása alapján a típusbizonyítványba, és az az alapján kiállított forgalmi engedélybe, a maximális szállítható utasszám rubrikába olyan értékek is bekerülhetnek, amelyek a maximális utassűrűségnél kisebb utassűrűséget feltételeznek."

Csak hogy ez nem igaz.

A 20. § (4) bekezdés ugyanis egyértelműen meghatározza, hogy a hatósági engedélyben mekkora állóutas sűrűséget KELL figyelembe venni a maximális terhelés meghatározásakor:

"A (3) bekezdésben foglalt rendelkezés alkalmazásában a szállítható személyek számát az ülőhelyek száma, valamint — ha álló utasok szállítása is megengedett — az álló utasok elhelyezésére szolgáló terület minden négyzetméterére
— menetrend szerinti helyi forgalom lebonyolítására készült autóbusz esetén 8 személy,
— egyéb autóbusz esetén 6,7 személy
figyelembevételével KELL meghatározni."

Tehát ki van zárva a mérlegelés lehetősége: nem lehet kevesebbet figyelembe venni.

Kéretik alaposan végiggondolni:

A 68kg/fő és 8fő/m2 állóutas terhelés megkövetelése egy alapvető műszaki biztonsági előírás, ami azt szolgálja, hogy a busz a feltételezhető legnagyobb utasterhelés mellett se váljon balesetveszélyessé.

Ha tehát a vizsgáztató hatóság úgy döntene, hogy a jogszabály által megkövetelt maximális utasterhelésnél kisebb állóutas terhelésre engedi méretezni a FUTÓMŰVEKET és a FÉKRENDSZERT, akkor ezzel nemcsak alapvető jogszabályt sértene, hanem az utasok életét is veszélyeztetné.

Ami ugye súlyos köztörvényes bűntett volna.

Tehát nagyon érdekelne, hogy hogy a cikk szerzője szerint konkrétan hol van a jogszabályban az az állítólagos "kiskapu", ami megengedi hogy a jogszabály által előírt 8fő/m2 állóutas terhelésnél kisebb maximális utasterhelésre, vagyis a jogszabály által előírnál kisebb ösztömegre méretezzék és vizsgálják be a busz futóművét és fékrendszerét.

gigabursch 2018.03.14. 07:29:45

Érdekes cikk és érdekes kommentek.

Köszi mindenkinek.
Mindennapi statika.

Exploiter 2018.03.14. 07:53:07

Bennem az merült fel, hogy pl metrópótlás idején tényleg indiai allapotok uralkodnak a buszokon. Van valami beépített súlymérő, ami jelezné, hogy a nép túllépte a megengedett tengelyterhelést?
Sosem láttam még olyat, hogy ilyen okból leszállítottak volna valakit is, ezért gondolnám, túl van biztosítva ez is. Vagy nem?
Értem, hogy elvileg nem fér rá annyi ember, de ezt nehéz elhinni, amikor már nem kapsz levegőt, annyian vannak fent.

Moszkvicsslusszkulllcs 2018.04.12. 13:22:40

Csatlakoznék itoérambolafoci hozzászólásához:

A 6/1990-es KÖHÉM rendelet kerek perec azt mondja, hogy a megengedett legnagyobb össztömeget és megengedett tengelyterheléseket 8 fő/m2 utasterhelés mellett kell számítani. Ha ennek egy jármű nem felel meg, nem kaphat rendszámot. Ha már van rendszáma, le kell szereltetni róla, és be kell vonni a forgalmiját. Ha nem így jár el a KPM jelenkori reinkarnációja, akkor jogszabálysértést követ el.
Brüsszeli sajtpapírok (amivel a poszt szerzője továbbra is adós), továbbá holmi bizonyítványok meg tanúsítványok nem mentesítik a KPM-et a magyar jogszabály betűje alól.

Sejtésem szerint, lényegében az összes manapság gyártott csuklósbusz érintett ebben a mutyiban (Mercedes, MAN, Solaris, VanHool, satöbbi) nem csak a Modulo.

Következő:
Előfordulhat-e a gyakorlatban, hogy az utasterhelés eléri a 8 fő/m2 értéket?
A válasz: igen.

Aki egy metró / HÉV / villamos üzemzavar bekövetkeztekor elsők között ért már a helyszínre mint pótlóbusz, az tapasztalhatja a jelenséget: annyi ember préselődik fel a buszra, hogy a mellső futómű kb. 5 cm-rel megereszkedik (a légrugó a beszabályozott szintet nem tudja tartani), a mellső lökhárító vonalában ez a megsüllyedés 8-10 cm-t is elérheti. Nekem sofőrként ebben már volt részem Ik 260, Ik 415, Citaro II és Modulo M108d típusokkal. Egyformán leadta az orrát valamennyi.
Szakértők bizonyára meg tudják mondani, hogy milyen tényleges terhelés mellett nem tudja már tartani a légrugó a szintet. Jómagam úgy 8-10 fő/m2 álló utast saccoltam a belső tükörből ezekben a helyzetekben.

Ilyen megereszkedett orral volt már részem a 906-oson is. Helyközi közlekedésben is bármikor előfordulhat: ha két falu között lerohad a sárgabusz, nyilvánvaló, hogy a következő sárgabuszra mindenki felpréseli magát.

Ilyen esetekben mindig vannak páran az utasok között akik hangosan és kitartóan jajveszékelnek: "lekésem a vonatomat", "ezért a késésért most már ki fognak rúgni a munkahelyemről", és ehhez hasonlók. Ebben a szituációban nem várható el az autóbuszvezetőktől, hogy kíméljék a munkaszeközüket: ilyenkor nyomni kell, ahogyan kifér a csövön.

kvp 2018.04.17. 11:21:09

Erdekes cikk. Azert akarhogy is nezi az ember a vontato csuklos meg mindig jobb megoldasnak tunik. Nem hagyomanyos kozepmotorral, hanem a kozepso, duplazott kereku tengelyhez helyezett motorral es gepeszettel. Igy gyakorlatilag ott megduplazhato a tengelyterheles az elso tengelyhez kepest. A busz eleje es hatulja pedig joreszt ures marad. A csuklo sulya ilyenkor elhanyagolhato, mert a sima csillapitatlan passziv mechanika is eleg, mig a fordulokor hatso a csuklo szoge alapjan mechanikusan kormanyzott kerekekkel a szolo busz szintjere hozhato. Ezt hasznalja a 200-as sorozat is. A dupla kerekes kozepso tengely gyakorlatilag egy 2-4-2-es elrendezest jelent 3 tengellyel, kb. 25-55-20 %-os tengelyterheles, de 25-28.5-20 %-os feluletaranyos utterheles mellett. A jarmuben alacsonypadlos kivitel eseten a kozespo tengely folotti (es kozvetlen elotti) resz kivetelevel mindenhol ures a ter. Ez ket magas gepeszeti dobozt jelent pontsan a jarmu kozepen. Erdekesseg, hogy az utanfutos elrendezesu passzivan kormanyzott hatso resz miatt, a hajtas akar ket csuklos reszt is kepes elvontatni, tovabbra is a szolo buszokra jellemzo fordulokorrel.

Tolocsuklos buszok eseten pedig szerintem mindenkeppen aktiv csuklo kell, sot igazabol erdemes lenne a hatso egysegre helyezni a kozepso tengelyt is es egy rovidebb elso egyseget felfuggeszteni a csuklora. Mind az elso, mind a masodik tengely eseten erdemes kormanyzott kerekeket beepiteni es a kozepsot szinkronizalni a csuklohoz. Igy a vezeto az elso kerekeket iranyitja, azok elforditjak a csuklot, ami utannahuzza a hatso egyseg kormanyzott kerekeit. A hatso tengely ilyenkor jellemzoen ugyanugy dupla gumis lenne a megfelelo tapadas es tengelyterheles miatt.

A harmadik egyszeru alternativa a 4 tengelyes busz, hatul ket kozel elhelyezett hajtott tengellyel, mig elol a hagyomanyos a kasztni ket vegeben levo kormanyzott es futo tengelyekkel. Ekkor a hatso resz teljes terhelese a ket hatso hajtott tengelyen van, mig az elso resz teljes terhelese az elso es a masodik tengelyen van, a csuklo joreszt csak vizszintes toloerot visz at. A megoldas hatranya, hogy a hatso reszben eleg keves szabad hely marad a 2 tengely es a motor miatt, tovabba a fordulokor is viszonylag nagy lesz.

Es akkor elfelejtkeztunk a hagyomanyos szolo busz + kettengelyes utanfuto elrendezesrol, ami egy ket ponton flexibilis atjaroval egyutt atjarhato csuklos elrendezest jelent, gyakorlatilag ket szolo busz hosszaval. Ilyen utanfutos buszok jartak mar Budapesten is meg a csuklosok elterjedese elott. Tengelyelrendezes tekinteteben ezek 2-4-2-2 elrendezesuek, amibol az elso es a 3. tengely kormanyzott. (az elso a vezeto altal, a masodik az utanfuto osszekoto rudja (az atjaro) altal. A megoldas hatalmas elonye, hogy nagyon olcson es egyszerun gyarthato es bonthato utanfutos atjaros kapcsolat eseten a busz szolo es potos elrendezesben is kepes kozlekedni, tovabba elvileg egy vontato egyseg akar ket potot is tovabithat. (ez egy tripla csuklos busz hosszanak megfelelo kapacitas) Egyebkent Budapesten pont ilyenek a margitszigeti es ligeti kis varosnezo buszok.

ps: A fenti lehetosegekhez kepest benazunk a rosszul megtervezett tolocsuklos megoldasokkal.

Nedudgi - Dörrög Zultán 2018.04.17. 17:07:22

Hááát.

A kg a tömeg mértékegysége, nem a súlyé ill. erőé. Ha SI mértékegység rendszerben gondolkdounk, akkor a súly/erő mértékegysége N (Newton), a nyomatéké Nm (Newtonméter). Ha már nem SI, akkor is max. kp (kilopond) és kpm.

kg-ban kifejezett erőt és kgm-ben kifejezett nyomatékot még az SI bevezetése előtt lehetett látni a 60-as 70-es években. Azóta végzett mérnök ilyet le nem írna.

A cikk érdekes, de sajnos a tömeg és súly fogalmak ill. mértékegységek teljes keveredése van benne.