А есть здесь фанаты грузовиков?

Рама автомобилей КрАЗ представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из двух продольных лонжеронов, связанных между собой пятью поперечинами. Лонжероны изготовляют из горячекатаного швеллера №30В ГОСТ 5267.1-78 (материал швеллера - сталь 15ХСНД). Поперечины рам автомобилей КрАЗ штампованные и штампо-сварные из стали 15 толщиной 8 мм, за исключением пятой поперечины автомобиля КрАЗ-255Б, которую изготовливают из швеллера Л30 (материал - сталь 15ХСНД).

Первая поперечина приваривается к нижней полке и стенке лонжеронов, вторая и третья поперечины приклепываются к верхней полке и стенке лонжеронов, четвертая поперечина крепится болтами и заклепками к обеим полкам и стенке лонжеронов. Крепление к полкам осуществлено не непосредственно, а через приваренные к ним усилительные косынки. Пятая поперечина приклепывается к верхней и нижней полкам лонжеронов.

Рама - базовый узел автомобиля, и она должна работать на протяжении всего амортизационного срока службы автомобиля. Так как рама является восстанавливаемым при ремонте узлом, можно считать, что это условие выполняется на всех автомобилях КрАЗ. Однако надежность рамы определяется не только этим условием, но также и наработкой рамы до такого повреждения, которое требует ремонта.

Эксплуатационные исследования рам, имевших толщину стенок лонжеронов 6,5 мм, показали, что их надежность в особо тяжелых условиях (автомобили-самосвалы в карьерах, автомобили высокой проходимости на разбитых дорогах и в условиях бездорожья) недостаточна.

По результатам исследований Киевского автодорожного института, наработка автомобилей КрАЗ, эксплуатировавшихся в горнообогатительном комбинате, до первого отказа рам составляла 40 тыс. км. Следует отметить, что дефекты рамы имели не только конструктивный и технологический характер, но и эксплуатационный: автомобили систематически перегружались. Характерными повреждениями рамы были трещины, а также ослабления крепежных соединений. Трещины имели усталостный характер и чаще всего возникали в стенках швеллера в местах установки кронштейнов топливного бака, кабины и подножек, в полках швеллера между второй и третьей поперечинами, по сварочным швам второй и третьей поперечин, а также в местах отгиба фланцев первой поперечины. Потребовалось детальное изучение напряженного состояния рам с тем, чтобы выработать мероприятия по увеличению их надежности.

В 1969-1970 гг. завод совместно с МВТУ им. Н. Э. Баумана и НАТИ провел исследование нагрузочных режимов рамы методом тензометрирования. На раме было установлено 35 тензодатчиков.

После предварительных измерений для окончательного анализа было отобрано восемь наиболее нагруженных точек. Тензометрирование производилось при движении автомобиля в различных дорожных условиях: по грунтовой дороге, булыжному шоссе удовлетворительного качества, разбитому асфальтированному шоссе. Эти условия можно считать типичными для работы автомобилей высокой проходимости.

Исследованию подвергались два автомобиля КрАЗ-255Б, у одного из них толщина стенки лонжеронов составляла 6,5 мм, а у другого 7,5 мм. Статистическая обработка осциллограмм производилась методом укрупненных размахов.

Установлено, что при увеличении толщины стенки лонжерона до 7,5 мм максимальные напряжения в отдельных точках рамы уменьшаются в 2 раза и более.

По результатам тензометрирования в МВТУ им. Н. Э. Баумана была рассчитана долговечность рамы автомобилей КрАЗ-255Б. Расчеты производились согласно гипотезе линейного суммирования накопленных повреждений. Из-за отсутствия данных по усталостным характеристикам рамы достоверность расчетов по абсолютному значению долговечности нельзя считать достаточно высокой. Однако расчетным путем довольно точно оценивается относительное увеличение долговечности рамы при применении лонжеронов со стенкой толщиной 7,5 мм вместо лонжеронов со стенкой толщиной 6,5 мм: долговечность усиленной рамы по критерию появления микротрешин длиной до 10 мм в 2-4 раза выше. Исходя из этого, в 1969 г. завод перешел на изготовление рам из швеллера со стенкой толщиной 7,5 мм вместо ранее применявшегося швеллера со стенкой толщиной 6,5 мм.

Для того чтобы определить, насколько целесообразно увеличение толщины стенки лонжеронов до 9,5 мм, была рассчитана напряженность рамы различных вариантов автомобиля КрАЗ-256Б. Рама рассматривалась как пространственная статически неопределимая система. Для удобства ввода информации в вычислительную машину рама была условно расчленена на 25 стержней, причем стержни правого лонжерона пронумерованы от 1 до 10, стержни левого лонжерона от 11 до 20, а поперечины от первой до пятой имели номера от 21 до 25. Расчет проводился для следующих нагрузочных режимов:

1) порожний, полностью снаряженный автомобиль па ровной площадке;
2) в кузове имеется равномерно распределенная нагрузка весом 12 тс, автомобиль находится на ровной площадке;
3) то же, с отрывом переднего колеса от дороги;
4) то же, с отрывом одною колеса среднего моста от дороги;
5) то же, с отрывом обоих колес среднего моста от дороги;
6) то же, с отрывом одного колеса заднего моста от дороги;
7) то же, с отрывом обоих колес заднего моста от дороги;
8) в кузове нагрузка весом 12 тс, распределенная между передней стенкой кузова и осью задней подвески;
9) то же, с отрывом колес среднего моста от дороги.

Для выбора расчетной схемы предварительно изучались деформации рамы при закручивании ее на стенде на угол 16,5° (на такой угол закручивается рама автомобиля при максимальном вывешивании одного из передних колес в лабораторных условиях). Измерение углов закручивания показало, что при взаимном перекосе первой и пятой поперечин на лонжероны закручиваются на 10°, а первая и пятая поперечины на 1°. При этом требовался момент, равный 44 600 кгс-см.

Для учета влияния кузова на жесткость рамы при кручении в расчетную схему условно были введены дополнительные связи в местах крепления надрамника к раме. Задача решалась методом сил.

Расчеты показали, что наибольшие напряжения в раме возникают при восьмом и девятом нагрузочных режимах, а наиболее напряженными участками рамы являются участки лонжеронов между второй и третьей поперечинами. Именно в этих местах при эксплуатации образуются повреждения рамы. Из нее следует, что если при увеличении толщины стенки лонжерона с 6,5 до 7,5 мм суммарные напряжения в наиболее нагруженных точках уменьшаются, то при дальнейшем увеличении толщины стенки до 9,5 мм напряжения не снижаются из-за увеличения жесткости рамы при кручении.

Таким образом, в качестве оптимального варианта была принята рама, лонжероны которой имеют стенку толщиной 7,5 мм.

Результаты упрощенного расчета лонжеронов рамы незначительно отличаются от точного расчета на ЭЦВМ, что свидетельствует о приемлемости упрощенного расчета для многих случаев. Расчет позволил установить, что наиболее вероятны повреждения рамы автомобиля КрАЗ-256Б в тех местах, где максимальные суммарные напряжения достигают 2000 кгс/см2.

В полученных расчетных данных так же, как и в результатах тензометрировання, не учитываются так называемые начальные напряжения в конструкции рамы. Поскольку тензометрирование отдельно взятой рамы путем нагружения ее силами, эквивалентными силам от веса различных узлов и агрегатов автомобиля, представляет известные трудности, то на практике чаще всего тензометрирование рамы производят на собранном автомобиле. При измерении статических напряжений определяют по существу только приращение напряжений, вызываемое нагрузкой кузова. Но даже и в том случае, когда раму тензометрнруют при действии на нее сил не только от нагрузки кузова, но и от всех неподрессоренных масс, какая-то часть напряжений остается неучтенной. Это - остаточные напряжения, обусловленные технологией изготовления и сборки как самой рамы, так и всего автомобиля.

Для определения уровня этих напряжений и их влияния на общую напряженность рамы на КрАЗ совместно с Харьковским инженерно-экономическим институтом была проведена исследовательская работа с применением метода фотоупругих покрытий. Метод состоит в том, что после наклеивания на исследуемую деталь фотоупругого датчика производится местное изменение напряженного состояния детали путем сверления в ней отверстия диаметром 5-6 мм.

Комплекс конструкторско-технологических мероприятий, проведенных по результатам исследования напряженного состояния рам, позволил, как показывают эксплуатационные испытания, значительно увеличить их наработку на отказ. Для дальнейшего повышения надежности рам завод совместное Днепропетровским металлургическим институтом провел научно-исследовательские работы но термическому упрочнению лонжеронов. В результате был выбран оптимальный режим термического упрочнения (закалка с высоким отпуском), построена термокинетическая диаграмма стали 15ХСНД, определены показатели прокаливаемости швеллера, изучены технологические свойства термически упрочненного швеллера (прочность сварных швов, холодный загиб, возможность сверления отверстий и вырубки). Характеристики получены на образцах размером 140x400 мм, вырезанных из стенки швеллера № 30.

Улучшение стали 15ХСНД производилось по определенному оптимальному режиму. Следует учитывать, что режим термического улучшения существенно влияет на механические свойства стали. Так, например, в зависимости от температуры нагрева и отпуска предел текучести изменялся в пределах 53-87 кгс/мм2.

Эксплуатационные качества рам из термоулучшенного швеллера были проверены на опытной партии автомобилей КрАЗ. Установлено, что эти рамы по сравнению с исходной конструкцией имеют более высокие показатели надежности.