Hogyan vizsgálható egy autóbusz vázszerkezetének hosszú távú szilárdsága úgy, hogy közben az úthibák okozta csavaró igénybevételektől a borulásos balesetekig minden váratlan hatásra felkészítik? Az Ikarus és kutató partnereinek mérnökei az 1960-as évek elejétől kezdve a tenzometrikus eljárásokhoz és egyedileg kialakított terhelőpadokhoz nyúltak, hogy választ adjanak erre a kérdésre. A több ezer munkaórát igénylő, magyar és külföldi műszerekkel végzett vizsgálatok története a magyar autóbusz-fejlesztés tudományos alaposságának és innovációs képességének egyik fontos fejezete.
Hogy ellenálljon a legdurvább kátyúknak és a maximális utasforgalomnak, az új vagy akár meglévő, módosított konstrukciókat a sorozatgyártás előtt mintegy 60 tonnás terhelés alá vetve, több mint 80 ezer adatpont alapján „vallatták” a szakemberek – garantálva a vázszerkezet hosszú távú szilárdságát.
A mérési módszer
A mérések lényege a járműfejlesztés során a autóbuszok vázszerkezetének (pl. fenékváz, mérővázak) statikus terhelés melletti mechanikai vizsgálata. Célja a szerkezet szilárdsági ellenőrzése, a feszültségek feltérképezése, valamint a felmerülő igények és a konstrukciók megfelelőségének igazolása. A gyárban elvégzett mérések alkalmasak voltak bizonyos hatósági vagy partneri ellenőrző vizsgálatok (például a kocsiszekrény elcsavarodási szögének ellenőrzése) kiváltására is.
Egy új modell tervezésekor a vázsszerkezetre vonatkozóan előbb előzetes megközelítő számítások készültek, majd az előzetes közelítés segítségével kapott keresztmetszetek figyelembevételével végezték el a végleges, pontosabb számításokat. Az ezek alapján megépített vázszerkezettel végezték el a tenzometrikus méréseket.
A vázak mechanikai megterheléséhez hidraulikus terhelőberendezést (terhelőpadot), valamint terhelő állványt és finomhangolt terhelő himbarendszert használtak, amelyeket a különböző típusú vázakhoz egyedileg adoptáltak vagy alakítottak át.
A berendezés 60 tonna nyomást bocsájtott a műhely másik felén álló csupasz autóbuszvázra. A bordáktól, az oszlopoktól, a vázelemektől kábelek tömege vezetett a műszerekhez. A vázban keletkező feszültségek méréséhez az üzemeltetésnek megfelelő körülményeket kívántak teremteni, ezért a terhelést több fokozatban adták a vázra, az üzemi súly elérése után először egyszeresét, másfélszeresét, kétszeresét, és végül két és félszeresét. A vázat négy ponton támasztották alá (görgősen és ékesen), ez megfelelt annak az állapotnak, amikor az autóbusz kerekei viselik a terhet. Azt a gyakori esetet is ellenőrizni kellett azonban, amikor egyik kerék például kátyúba kerül, és nem visel terhet. Az ilyen jellegű igénybevételt, az úgynevezett csavaró igénybevétellel vizsgálják, egyszer jobbra, majd egyszer balra csavarják a vázat. A súlyt egy rendkívül egyszerű, de működő szerkezet továbbította a kereszttartókra: a 60 tonnát vasgerendák segítségével 20-20 tonna súlyra osztották, majd egy dugattyús szerkezet segítségével terhelték a vázszerkezetre úgy, ahogyan az a valós terhelés közben is megoszlik, figyelembe véve például a motor és a járművön utazó emberek súlyát is. Ennek a hidraulikus terhelőberendezésnek az új változatának a megépítése az 1971-es MÜFE terv szerint 144.981 forintba került. Összehasonlításképpen, a 250-es vagy 242 prototípus buszok hazai futtatása ugyan ebben az évben 250-300 ezer forint közötti költséggel járt példányonként.
A vázelemekben jelentkező feszültségeket, változásokat a vázra erősített több száz, akár félezer nyúlásmérő bélyeggel, azaz ellenállásadóval és nyúlásmérő hidakkal mérték. Az adatokat vaskos kábelkötegekkel a precíziós műszerekhez továbbították. Az eszközök egy része nyugati importból származott.
A folyamat rendkívül munkaigényes volt: egy-egy mérési program előkészítése, a terhelőpadok átalakítása, a mérések lefolytatása és a kiértékelések elkészítése több ezer tervezői, mérnöki és kísérleti lakatos/forgácsoló munkaórát igényelt. Külön-külön csapat végezte a méréseket és azok kiértékelését. A hetekig tartó vizsgálat alatt több, mint 80 ezer adatpontot kaptak, ezeknek a feldolgozása további két-három hónapot is igénybe vehetett, sőt hosszabodhatott is, ha menet közben felfigyelhetnek egy-egy jelenségre. A vizsgálat dedikált laboratóriumi helyiséget tett szükségessé.
A méréseket kezdetben az Ikarus Gyártmányfejlesztési Főosztálya (mérőcsoport, kísérleti laboratórium) végezte, esetenként külső partnerek, például a Műszaki Egyetem vagy az AUTÓKUT bevonásával. A 24/1970-es vezérigazgatói utasítás hagyta jóvá a MEO (Műszaki Ellenőrzési Főosztály) szervezeti szabályzatát. Ebben még az szerepelt, hogy a labor a MEO-hoz fog tartozni. Végül a szerkesztéssel folytatott vitát a műszaki igazgató zárta le: a 3. számú utasítása alapján (amely 1972. szeptember 1-i hatállyal lépett életbe) a laboratóriumi csoportot a műszaki ellenőrzési főosztály vezetőjének közvetlen irányítása alá rendelték, azonban a laboratóriumi csoport átszervezése ellenére a tenzometrikus mérések, valamint a jármű műszeres vizsgálatait ellátó személyek és berendezések továbbra is a Gyártmányfejlesztési főosztály hatáskörében maradtak.
További példája a nyúlásmérő bélyegekkel végzett vizsgálatoknak az Ikarus 259-es típusú autóbusz-oldalvázak gyártási feszültségeinek mérése, amikor az AUTÓKUT szakemberei szétvágásos módszerrel vizsgálták a hegesztésből eredő belső erőket. Mivel a gyártási feszültségek a statikus terheléshez képest jelentősek, kulcsszerepet játszanak a vázszerkezetben keletkező fáradásos törések megjelenésében. Az oldalfal kiválasztott mérési helyeire nyúlásmérő bélyegeket ragasztottak. A helyek kijelölésekor fő szempont volt, hogy az oldalvázak összes tipikus eleme – úgy mint a mellöv, padlóöv, tetőöv, ablakoszlop, ajtókeret és rácsrúd – képviselve legyen. A mérőhidak kiegyenlítése után a vázszerkezet rudait a kijelölt helyeken, meghatározott sorszám szerinti sorrendben elvágták. Minden egyes vágás után megmérték a nyúlásmérő bélyegek által érzékelt fajlagos nyúlásokat. Az elvágott elemeken lévő mérőhelyek a vágást követően feszültségmentessé váltak, így az ekkor leolvasott nyúlásból számított feszültség reprezentálta a kiindulási (gyártási) állapotban ébredő feszültséget. Bár a vágások hatására a belső erők átrendeződése miatt minden mérőhelyen észlelhető volt nyúlás, a már korábban elvágott elemeken mért változásokat mérési hibának tekintették. A tényleges gyártási feszültséget az egyes vágások hatásaként mért feszültségek összege adta meg. A mérési eredmények kimutatták, hogy a gyártási feszültségek azonos nagyságrendűek a statikus terhelésből származó feszültségekkel, így a méretezés során elhanyagolásuk nem indokolt. A váltakozó (üzemi) terhelésre szuperponálódó (rárakódó) állandó gyártási feszültségszint kedvezőtlenül befolyásolja az élettartamot.
A számítások és a statikus vizsgálatok után következhetett a kísérleti vagy prototípus járművek fárasztó futtatása, amely szintén költséges, de méginkább időigényes volt. Ezen segített az AUTÓKUT-ban – Ikarus anyagi hozzájárulással – 1975-ben megépített hidropulz berendezés.
Vizsgálati alanyok
A vizsgálatok elvégzéséhez speciális mérővázakat vagy a tényleges vázszerkezeteket alkalmaztak. Ilyen jellegű méréseket az Ikarusban először 1963-ban, egy 55-ös típusú buszon végeztek. Ezt követően sor került a 620, as, 180-as, 250-es, és 1969-ben egy 242-es autóbuszra is. A hetvenes években az Ikarus 190-es, 280-as és az Ikarus 266-os típusok vizsgálatait még az Ikarus mátyásföldi törzsgyárában végezték, majd az évtized közepén az ilyen jellegű feladatok átkerültek az AUTÓKUT-hoz, ahol például a 220-as, 211-es és az Ikarus 256-os vázak mérésére került sor.
A 620-as autóbusz tenzometrikus mérései az 1966 közepén összeállított fejlesztési tervben szerepeltek. Mivel a téma megoldása rendkívül sürgőssé vált, a méréseket még az év folyamán elvégezték és a mérések eredményeinek kiértékelése alapján olyan módosításokat eszközöltek a vázszerkezetben, amelyektől a váztörések csökkenését várták.
1967-ben már az új típuscsalád első típusán, az Ikarus 250-esen végeztek ilyen méréseket. Az új járműcsalád kialakítása során a „P3” jelű prototípust vázszerkezet kész állapotban alakították ki és használták fel mérések céljára. A mérések során nyert tapasztalatokat a későbbi prototípusok gyártásánál is figyelembe vették, a kocsiszekrényt pedig ezt követően a különféle tervezett főegységek és egyéb alkatrészek beépíthetőségének tanulmányozására használták.
A méréseket, hogy minél több információt kapjanak az új autóbuszról, nemcsak csupasz vázon végezték el, hanem különböző készültségi fázisban. Ugyanazt a vázat belemezelten, majd még később beüvegezetten is mérték.
Ezekre a mérésekre azonban nem csak laborkörülmények között került sor, hanem külső, terepen végzett vizsgálatoknál is, mint az Ikarus 55-ös és 250-es típusú autóbuszok 1971–1972 során végzett statikus és dinamikus borítás vizsgálatai. Ezek során ugyancsak a tenzometrikus mérési módszert alkalmazták a járművek vázszerkezetének és ablakoszlopainak vizsgálatára. Mindkét kísérleti kocsin 20-20 helyen ragasztottak fel nyúlásmérő bélyegeket a feszültségek változásának regisztrálására. A mérőhelyeket az ablakoszlopokon alakították ki, ahol a keletkező feszültségeket mérték a terhelés függvényében. A feszültségváltozások adatait a borítási folyamat alatt az AUTÓKUT mérőkocsijában elhelyezett Philips gyártmányú mérőmagnetofonok rögzítették. A mért adatokat később táblázatos formában és diagramok segítségével összegezték és értékelték ki a különböző események (például: alaphelyzet, oldalra döntés, tetőre állítás, visszaállítás) tükrében.
A 242-esben kialakított labor
A mérési módszert még a 400-as család kísérleti járműveinek időszakában, 1981 és 1982-ben is alkalmazták. Idővel azonban a számítógépes tervezés és szimuláció egyre inkább kiszorította.
Források:
- Az 1966. és 1982. közötti időszak műszaki fejlesztési tervei és időszaki beszámoló jelentések (Müfe jelentések) (Ikarus Karosszéria- és Járműgyár)
- Ikarus Karosszéria- és Járműgyár üzemi lapjának 1971. szept 2-i kiadása
- Autóbuszok statikus és dinamikus borítási (illetve tetőterhelési) vizsgálata, különös tekintettel a karosszériák balesetbiztonsági és szilárdsági jellemzőire (Ik 55 és Ik 250 típusok) (AUTÓKUT, 1972. augusztus 31.)
- Ikarus Karosszéria- és Járműgyár üzemi lapjának 1972. szept 14-i kiadása
- Sefcsik Gyula: Jelentés az oldalvázakban keletkező gyártási feszültségek szétvágásos módszerrel történő mérésről (AUTÓKUT Jármű Főosztály, Szerkezeti Mechanikai Osztályának JÁ-244/78/17 számú jelentése, 1978. január 15.)