Csuklószerkezetek
Frissítve: 2022. dec. 1.
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).
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.
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 golyókoszorús forgózsámolyt használták fel.
Az első magyar csuklóshoz felhasznált golyókoszorús 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 cikk: Ötvenéves a magyar csuklós busz (Origo).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: élősködök, a helyváltoztatási célzatot nem elősegítik, hanem hátráltatják inkább, felesleges energiát felemésztve. Ezen mozgások nem küszöbölhetőek ki teljesen (főleg, hogy java részük 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.
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:
golyókoszorús (nagyobb terhelhetőség, jobb terheléseloszlás, többnyire már ilyen van használatban, például Volvo 7700A, Volvo 7900A, MB C2G);
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.
golyókoszorús kiegészítve fogasívvel (hazánkban ilyen az elsőként legyártott Ikarus 417-es, és a Rába Premier 291/Contact 292);
A Rába-Jonckheere buszokba beépített, golyókoszorús és fogasíves csukló. Jól látható, hogy a keresztirányú tengely körüli elforgást a hátsó kocsitesthez csatlakozó elemek teszik lehetővé (kép jobb felső része). Forrás: Hemscheidt.
királycsapos - akárcsak egy hagyományos, vonó háromszöges utánfutó esetében van a kapcsolat. Ilyen például az Ikarus 280, Ikarus C80, Ikarus 438. A golyókoszorúshoz képest jellemzően kisebb terhelhetőségű (átvihető erők és nyomatékok).
Egy Ikarus 280-as csuklója, az utasok számára ritkán látható résszel. Jól látszik a nyúlvány a gépes rész (=ahonnan készült a fotó) irányából.
Oldalról az előző. Az előtérben lévő rudazatok az utánfutó kényszer kormányzásához szolgálnak; balra az első kocsitest, jobbra a hátsó. A kényszerkormányzás rudazata a túloldalon halad, lásd alábbi sematikus ábrát. Az analóg becsuklásgátlóról bővebben itt olvashat.
A kényszerkormányzás felülnézetben. Ábra: Ikarus Járműgyártó.
Ikarus 280 fordulókör méretek és értékek. Forrás: Ikarus 280 kezelési kézikönyv.
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 csatlakoztatva. (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 tetten érhető: 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 magas padlós gyártmány között is van eltérés.
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 golyókoszorús 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 284.00 becsuklásgátlója. Forrás: Népszava Sajtófotók/Rédei Ferenc (1982).
A keresztmerevítők egy 280-as tetején.
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 golyókoszorús, 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].
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 golyókoszorús, hanem sikló, ha úgy tetszik a csukló belül pedig golyókoszorús.
Az előbbi típus, csak most alulnézetből. A piros nyíllal jelölt dobozka, amit az előbb fentről láthattunk (nyomáskiegyenlítő-tartály).
Harmadjára pedig oldalnézetből. A nagyjából kép közepén véget érő jobbról induló váznyúlvány, amely végeinél keresztirányban tud forogni az egész. Lásd ismét a piros nyilakat.
Ikarus 435-ös becsuklásgátlóról ábra. [3]
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.
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.
A Citadell 19-esbe is beépített Hemscheidt SKD 420-as csukló kívülről...
...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 tanulmányozhatók. (A Wuppertal részére készített Ikarus 417-eseket is végül a Hübner csuklóival szerelték annak idején.)
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.
Az előző rajzon. Forrás: Mercedes-Benz O405G javítási-karbantartási útmutató.
Megbontott külső burkolat egy 7700A-n. Túloldalon jól láthatók a lég- és tüzelőanyag-rendszer átvezetett csőszerelvényei.
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 szóba került, 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).
A kisebbik...
...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 pálya ívsugárban 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 pálya ívsugárral (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.
* * *
Ajánlott:
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)