Теория столкновений – это анализ действующих сил, возникающих при ДТП. Для проведения кузовного ремонта проводится анализ сил двух типов: силы, приведшей к повреждению кузова, и силы, которую необходимо использовать для эффективного исправления повреждения.
Цель теории столкновений заключается в понимании взаимосвязи сил, действующих при столкновении и являющихся причиной повреждения. Исходя из этого понимания, техник может применить корректирующие силы, которые обратны силам, вызвавшим деформацию. Таким образом, теория столкновений служит для анализа повреждений конструкции и дальнейшего ремонта.
После изучения данной статьи вы сможете:
Siver Data (Сивер Дата) – оптоэлектронная измерительная система, предназначенная для контроля геометрии кузова автомобиля или его отдельных частей.
База АТС – расстояние между осями колесного АТС; для многоосного ТС – сумма расстояний между соседними осями. Не путать с колесной базой.
Балка – 1) опорный несущий брус любой конструкции 2) опорный металлический брус, к которому прикреплены колеса с их приводом и элементы подвески.
Бампер – энергопоглощающее устройство автомобиля (на случай легкого удара) в виде бруса; разновидность буфера.
Безрамный кузов, безрамная конструкция кузова – тип кузова, в котором отсутствует рама, и основную (несущую) роль играет сам кузов (несущий кузов). Детали такого кузова подразделяют на несущие и оперение.
Блок – одношкивный блок, предназначенный для изменения направления тяги.
Боковая рама или каркас – элемент конструкции, образующий боковую стенку автомобиля. Обычно боковая рама состоит из следующих элементов нижнего и верхнего обвязочных брусов кузова, продольного бруса крыши кузова, передней, средней и задней стоек.
Боковое смещение – смещение передней или задней секции транспортного средства относительно центральной секции вдоль горизонтальной плоскости.
Верхний обвязочный брус кузова – продольная балка, образующая средний элемент боковой рамы, расположенный в основании боковых окон.
Внешняя сила – сила со стороны другого транспортного средства или участвующего в столкновении объекта.
Внутренняя сила – сила, действующая внутри самого транспортного средства во время столкновения.
Габарит – ширина или высота автомобиля.
Гидравлический привод – привод, осуществляющий движение механизмов и машин за счет гидравлического воздействия рабочей жидкости.
Губочный захват – зажимное устройства для закрепления автомобиля на стапеле и выполнения ремонтных воздействий.
Задняя секция – часть транспортного средства, которая расположена за центральной секцией.
Задняя стойка – стойка боковой рамы, расположенная позади задней двери.
Изгибная жесткость – жесткость при изгибе.
Изотропия – наличие одинаковых упругих свойств по трем взаимно-перпендикулярным направлениям.
Инерция – свойство объекта в состоянии покоя сохранять состояние покоя; объекта в движении – продолжать движение.
Каретка – часть механизма, передвигаемая по направляющим, например, по шлицам вала.
Колесная база – расстояние между парой передних или задних колес. Характеризует ширину дороги, необходимую для проезда автомобиля, и его устойчивость в поворотах.
Конструкция транспортного средства – форма и прочность внутренней рамы или каркаса транспортного средства.
Концевая секция – передняя или задняя секция транспортного средства.
Крен – колебательное движение кузова относительно продольной оси симметрии автомобиля.
Кривая досягаемости – траектория движения руки или ноги, которой очерчивается огибающая подходящих размеров, обеспечивающих досягаемость элементов управления.
Кромкогибочный пресс – машина для отбортовки металлического листа в одной плоскости.
Кузов – принятая форма автомобиля для перемещения людей и грузов (корпус авто). Различают рамную и безрамную конструкцию кузова.
Лонжерон – продольный элемент, связывающий поперечины.
Направление движения – направление движения транспортного средства во время столкновения относительно участвующего в столкновении объекта.
Hесущая деталь кузова – кузовная деталь, выполняющая задачу не только формирования необходимого объема, но и принимающая на себя механические нагрузки. Несущие детали кузова служат для обеспечения целостности и отсутствия деформации при нагрузках в рабочих режимах эксплуатации автомобиля (не при авариях).
Несимметричный изгиб кузова автомобиля – изгиб, вызываемый наездом одного колеса любого моста па препятствие.
Нижний обвязочный брус кузова – продольная балка (отдельный стержень), образующая нижний элемент боковой рамы.
Оперение – кузовные детали, служащие для придания необходимой формы кузову автомобиля и не выполняющие несущих функций (в отличие от несущих деталей).
Основание кузова (низ конструкции) – цельная опорная конструкция, расположенная на уровне оси колес.
Ось изгиба – геометрическое место центров изгиба сечений балки
Отбортовка – загиб кромки листов металла вдоль порогов автомобиля.
Отклонение сил – перенаправление сил при столкновении, вызванное конструкцией автомобиля или направлением движения относительно участвующего в столкновении объекта.
Передняя секция – часть транспортного средства от переднего края до ветрового стекла.
Передняя стойка – стойка боковой рамы, расположенная перед передней дверью.
Перекрестная связь – связь, образуемая двумя перекрещивающимися балками, работающими на изгиб и подкрепляющими подвергаемых кручению пространственный каркас прямоугольного сечения
Пластический шарнир – местное разрушение, возникающее на стадии текучести при изгибе балки или рамы и сопровождаемое поворотом примыкающих к шарниру элементов.
Платформа стапеля – цельнометаллическое основание стапеля, предназначенное для закрепления автомобиля для дальнейших ремонтных работ.
Полка (фланец) – бортовой несущий элемент изгибаемой балки.
Потеря устойчивости путем сморщивания – разрушение элемента, нагруженного концевой нагрузкой, в виде выпучивания, сопровождаемого образованием поперечных волн, высота которых мала по сравнению с длиной элемента.
Потеря устойчивости стержнем – общая потеря устойчивости элементом под действием концевой нагрузки по одной полуволне или по нескольким волнам, соответствующим первым гармоникам.
Пояс или угловой стержень – элемент, несущий концевую нагрузку и расположенный вдоль края одной панели или вдоль линии пересечения двух панелей.
Предел прочности – отношение максимальной нагрузки, выдерживаемой образцом, к первоначальной площади поперечного сечения.
Предел текучести (физический) – наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.
Принцип трех секций – принцип, предусматривающий реакцию трех основных частей в конструкции транспортного средства (передняя, центральная и задняя) во время столкновения.
Продольный брус крыши кузова – продольная балка, образующая верхний элемент боковой рамы (продольный брус кузова).
Разрушение от перекоса – значительное перемещение вбок портальной рамы, приводящее к ее разрушению по типу шарнирного механизма.
Распределяющая пластина – вспомогательный элемент конструкции, предназначенный для распределения сосредоточенной нагрузки на большую площадь главного несущего элемента.
Ромбовидная деформация – диагональная деформация плоскости панели или рамы.
Свободное опирание – условие закрепления концов однопролетной балки, при котором ее концы могут свободно перемещаться.
Сила – это воздействие одного объекта на другой (используется при объяснении, как происходит повреждение во время столкновения).
Симметричный изгиб автомобиля – изгиб, вызванный одновременным наездом на препятствие колесами одного моста.
Смещение секций – боковое или вертикальное смещение передней или задней секции относительно центральной секции.
Смятие – физическое сокращение или сужение любой части конструкции автомобиля в результате повреждения при столкновении.
Сопротивляющаяся кручению коробка – система пластин, образующих балку коробчатого сечения, обладающую жесткостью при кручении.
Средняя стойка – стойка боковой рамы, расположенная между передней и задней дверями (центральная стойка).
Стабилизирующий элемент – вспомогательный элемент, присоединяемый к основному элементу для предотвращения выпучивания таким образом, что может быть реализовано полное сопротивление составной системы.
Стапель – напольная система для правки деформированного кузова автомобиля. Действует за счёт многотонных давящих и растягивающих сил.
Стенка или вертикальный пояс – средняя часть балки, воспринимающая сдвигающую нагрузку.
Стереопара (измерительный блок) – измерительная балка системы Siver Data с двумя фотокамерами, работа которой основана на бинокулярном принципе.
Столкновение – две противоположно направленные силы, которые действуют друг на друга.
Стрингер – промежуточный элемент, несущий концевую нагрузку, действующую на подкрепленную панель.
Тангаж – движение автомобиля в продольной вертикальной плоскости относительно поперечной оси.
Теория столкновений – анализ всех сил, необходимый для кузовного ремонта.
Трехслойная панель – панель, состоящая из жестких тонких пластин, изготовленных из материала с большой плотностью, между которыми располагается заполнитель из материала с малой плотностью.
Удельная прочность (жесткость) элемента или всей конструкции – характеристика прочности (жесткости) элемента или всей конструкции, деленная на массу элемента или массу всей конструкции соответственно.
Узловая распорка – деталь, соединяющая бортовые элементы пересекающихся под углом друг к другу (ломаных) балок.
Указка – беспроводной элемент системы Siver Data, предназначенный для определения положения контрольной точки кузова или детали автомобиля.
Упругая подушка – гибкая прокладка, вводимая в шарнирные узлы крепления подвески для гашения высокочастотных колебаний.
Усиление штамповкой – образование с помощью горячей штамповки буртика или углубления в металлическом листе для придания ему изгибной жесткости в целом или жесткости его кромкам.
Центр изгиба – точка, принадлежащая плоскости поперечного сечения балки и обладающая следующим свойством: внешняя поперечная сила, проходящая через неё, не вызывает кручения балки.
Центральная секция – как правило, плоская жесткая часть кузова, участок салона, ограниченный порогами.
Термин "сила", используемый при анализе повреждения при столкновении, означает воздействие одного объекта на другой. Силы образуются при сопротивлении транспортного средства изменению направления его движения. Для полного понимания сил, возникающих при столкновении, требуется понимание понятия "столкновение" с точки зрения кузовного ремонта, а также действия инерции при столкновении.
Повреждение является результатом столкновения двух объектов друг с другом. Каждый объект, будь то транспортное средство или что-либо иное, с чем сталкивается транспортное средство, можно представить в виде силы. Столкновением можно считать момент противоположного воздействия двух сил.
В некоторых столкновениях одна из сил может исходить от неподвижного объекта; например, дерева, стены или припаркованного автомобиля. Несмотря на неподвижность, каждый объект представляет собой силу, которая направлена противоположно или сопротивляется движущейся силе. Столкновение – это всегда результат двух действующих друг на друга сил. Это могут быть две движущиеся силы или одна движущаяся и одна неподвижная сила.
Если присутствуют дополнительные силы, они создают дополнительные столкновения. Например, два автомобиля столкнулись, затем один автомобиль отскакивает от другого и ударяется о третий. Данный пример содержит два столкновения. Первое – когда столкнулись два автомобиля, и второе – когда отскочивший автомобиль столкнулся с третьим. Наглядный пример многократных столкновений: автомобиль, который перевернулся несколько раз. При каждом ударе о землю или любой другой объект происходит отдельное столкновение и создается отдельный набор сил.
В результате столкновения каждый автомобиль получает повреждения от двух сил: внешней силы, действующей со стороны другого автомобиля или объекта, и внутренней силы самого автомобиля.
Повреждения от столкновения происходят из-за внезапного изменения направления движения автомобиля. Это проще всего объяснить понятием инерции.
Инерция – это свойство кузова (объекта) оставаться в покое или продолжать двигаться в прямолинейном направлении, если нет воздействия внешней силы. Проще говоря, вся материя характеризуется сопротивлением к любому изменению движения.
Очевидно, что инерция – это не сила. Это закон движения, связанный с сопротивлением кузова (объекта) изменению направления его движения. При любом внезапном перемещении инерция начинает играть роль силы. Чем более внезапно изменение в движении, тем сильнее инерция. Эффект инерции значительно влияет на поведение автомобиля во время столкновения.
Столкновение, с момента контакта до завершения всех ответных реакций, длится менее одной секунды. Внезапные изменения направления движения, которые происходят в этом коротком промежутке времени, могут создать значительные силы, вызванные инерцией.
Для коррекции повреждений от сил, вызванных столкновением, применяются тянущее и сдерживающее усилия.
На рисунке 1 показан движущийся автомобиль в момент столкновения. Зона автомобиля, которая непосредственно контактирует с внешней силой, изменяет свое направление движения и останавливается. Оставшаяся часть автомобиля при этом продолжает двигаться в прежнем направлении, до прекращения действия момента импульса. Тенденция остальной части автомобиля сохранять движение действует на ту часть, которая находится в непосредственном контакте с внешней силой, вызывая повреждение автомобиля.
Рисунок 1. Силы, возникающие при столкновении автомобиля
Внешняя сила препятствует перемещению. Внутренние силы действуют в направлении перемещения для его продолжения. Части транспортного средства под действием внешней силы изменяют скорость движения или останавливаются.
На рисунке 2 показан автомобиль, который НЕ ДВИЖЕТСЯ, когда в него сзади врезается другой автомобиль. Зона автомобиля, находящаяся в прямом контакте с внешней силой, начинает двигаться вперед, потому что ее толкает внешняя сила. Инерция заставляет остальную часть неподвижного автомобиля оставаться в том же месте, препятствуя перемещению. Это создает внутреннюю силу, которая действует в направлении, противоположном направлению, возникшему в зоне удара.
Рисунок 2. Силы, возникающие при столкновении движущегося и неподвижного автомобилей
Внутренние силы сопротивляются перемещению транспортного средства. Внешние силы продолжают действовать в направлении перемещения. Задняя часть транспортного средства начинает двигаться вперед под действием внешней силы.
На любой автомобиль во время столкновения действуют две силы: внешняя сила, с которой он сталкивается, и внутренняя сила, создаваемая самим автомобилем. Эти две силы, действующие друг против друга, создают повреждения.
Во время столкновения силы могут изменить направление в любую сторону. Отклонение сил обусловлено самим автомобилем, так как он начинает реагировать на столкновение. Это приводит к более сложным повреждениям, которые, в свою очередь, требуют более сложного ремонта.
Чтобы лучше понять отклонение сил при столкновении, сначала рассмотрим простой случай, когда происходит столкновение прямоугольной рамы со стеной. Рама имеет правильную форму и движется строго прямо навстречу плоской поверхности. Результатом столкновения будет правильная деформация в форме гармошки (рисунок 3).
Рисунок 3. Однородная деформация конструкции
Для ремонта такой правильной деформации один конец должен быть зафиксирован, а с другого конца необходимо приложить тянущее усилие. Повреждение будет исправлено силами, обратными силам при столкновении (рисунок 4).
Рисунок 4. Сдерживающее усилие
Если бы все столкновения были такими простыми, то и кузовной ремонт был бы достаточно простым. Однако это не так, поскольку автомобили имеют неоднородную конструкцию, и действующие при столкновении с препятствием силы не направлены прямолинейно. Следовательно, при большинстве столкновений будет происходить отклонение сил, делая повреждения более сложными.
Два основных фактора, создающих отклонения:
1. Конструкция автомобиля. Конструктивные особенности автомобиля создают в основном вертикальные (направленные вверх или вниз) отклонения.
2. Направление движения. Направление движения автомобиля по отношению к другому объекту создает в основном поперечные (боковые) отклонения.
Большинство вертикальных отклонений происходит, потому что во время столкновения автомобиль деформируется неравномерно. Прочность и конструкция рамы и днища автомобиля являются двумя основными характеристиками конструкции, которые создают большинство вертикальных перемещений.
При многообразии конструкций кузовов автомобилей имеется одно важное общее свойство – рама и днище автомобиля имеют большую прочность и жесткость, чем части, находящиеся выше них (рисунок 5). Это характерно как для автомобилей с несущим кузовом, так и для автомобилей с рамой.
Рисунок 5. Днище или рама автомобиля
Верхняя часть более подвержена деформации, чем нижняя, при этом передняя и задняя секции поднимаются вверх (рисунок 6).
Рисунок 6. Деформации кузова автомобиля при столкновении.
Несмотря на повышенную жесткость всей нижней части, конструкция рамы и днище все равно деформируются. Нижняя часть поднимается в местах крепления подвески на концах автомобиля. Это создает ситуацию, когда структурные элементы в области подвески при столкновении смещаются вертикально, особенно при ударах спереди или сзади (рисунок 7).
Рисунок 7. Смещение структурных элементов автомобиля в области подвески
Изменение направления движения автомобиля на любой угол от прямолинейного движения будет создавать дополнительные деформации, в основном поперечные (боковые) отклонения. Если сталкиваются два автомобиля, то направление движения обоих автомобилей повлияет на поперечные (боковые) отклонения.
На рисунках 8 и 9 показаны столкновения с двумя автомобилями, которые двигались под разными углами. Так происходит поперечное отклонение направления сил.
Если положение автомобилей не прямолинейно относительно друг друга перед столкновением, при столкновении произойдут боковые смещения (рисунок 10).
Рисунок 8, 9, 10. Столкновение двух автомобилей при движении под разными углами
Мы установили, что столкновение – это контакт двух сил друг с другом. За ударом следует отклонение сил, которое обусловлено конструкцией автомобиля и направлением движения. Это отклонение приводит к смещению секций автомобиля.
При детальном рассмотрении жесткой рамы автомобиля и его днища можно выделить три секции, которые одинаковы для всех автомобилей: передняя, центральная и задняя. Эти три секции при столкновении ведут себя сходным образом (рисунок 11).
Рисунок 11. Три секции автомобиля
Центральная секция, как правило, плоская, жесткость ей придают пороги и лонжероны. Эта часть является наиболее жесткой, с максимальным сопротивлением смещению. Поэтому силы при столкновении начинают смещаться, и конечные секции (передняя и задняя), как правило, смещаются относительно центральной секции (рисунок 11).
Поскольку автомобиль состоит из трех секций, при столкновении он не ведет себя как единый объект. Каждая секция (передняя, центральная и задняя) начинает отдельно подвергаться действию внутренней или внешней силы. Каждая секция создает собственную силу.
Мы помним, что инерция заставляет автомобиль сопротивляться любым изменениям направления движения. Она может сместить одну секцию как горизонтально, так и вертикально, в то время как одна или обе другие секции будут вынуждены изменить направление движения. Воздействие каждой секции на общее смещение в основном определяется весом каждой секции. Чем тяжелее секция, тем большее воздействие она оказывает.
Несмотря на то, что конструкция современных транспортных средств отличается от традиционного кузова транспортных средств с рамой, принципы отклонения применяются ко всем транспортным средствам. Повышенная прочность и однородность верхнего кузова блочной конструкции, а также уменьшенный вес и длина многих современных автомобилей в какой-то мере способствуют уменьшению отклонения. Тем не менее, смещение при отклонении происходит, если действующие при столкновении силы достаточно велики.
Вне зависимости от типа столкновения, повреждение может относиться к одной из двух категорий. Категории повреждений:
Непосредственное повреждение – повреждение на участке столкновения или рядом с ним. Такие повреждения включают сгибание или вмятины на компонентах конструкции, на промежуточном участке удара, а также большинство других смещений конструкции в той же части транспортного средства.
Косвенное повреждение – нарушение выравнивания конструкции и небольшие повреждения вследствие столкновения, которые расположены на участках, удаленных от участка столкновения. Такие смещения вызваны отклонением частей, которые не находятся в прямом контакте с внешней силой.
Понимание разницы двух типов повреждений важно для понимания, что делать на начальном этапе ремонта. Если при ремонте применяется правильный подход, прямое повреждение можно устранить непосредственным тянущим усилием в точках удара. При этом косвенные повреждения можно устранить при удержании и опоре транспортного средства в соответствующих точках.
Данный подход к ремонту позволяет специалисту устранить как непосредственные, так и косвенные повреждения одновременно. Кроме того, для упрощения ремонта применяется естественное воздействие рычага на транспортное средство, и, таким образом, значительно снижается величина усилия, необходимого для устранения повреждения.
Для объяснения сил при столкновении передней секции будет использоваться пример столкновения автомобиля с неподвижным объектом. Силы, действующие в момент лобового столкновения с другим движущимся автомобилем, такие же, как при столкновении автомобиля с неподвижным объектом. Столкновение двух автомобилей приводит к более серьезным последствиям.
1. В момент удара участок автомобиля при контакте с внешней силой изменяет свою скорость. Он может полностью остановиться, если при столкновении действует большая внешняя сила (рисунок 12). Остальная часть автомобиля продолжит движение вперед под действием момента инерции.
Рисунок 12. Внешняя сила при столкновении
2. Передняя секция автомобиля продолжит подвергаться удару. При этом лонжероны начнут смещаться вверх над подвеской (рисунок 13). Это смещение происходит, поскольку на арку рамы над подвеской действует сила, направленная вверх. Остальная часть автомобиля по-прежнему продолжает движение вперед.
Рисунок 13. Смещение лонжеронов при столкновении
3. В процессе столкновения происходят дополнительные повреждения и отклонения передней секции автомобиля. Части автомобиля в непосредственном контакте с внешней силой останавливаются, а скорость остальной части передней секции будет снижена практически до нуля. При этом центральная и задняя секции автомобиля будут пытаться продолжить перемещение вперед, но им будет противодействовать передняя секция (рисунок 14).
Рисунок 14. Действие момента инерции при столкновении
Прочность основания центральной секции автомобиля обеспечивает сопротивление столкновению. Центральная и задняя секции автомобиля теперь смещаются вверх, а крыша смещается вверх на участке стойки лобового стекла.
Нарушается выравнивание проема двери. Смещается положение двери. Происходит следующее:
а. дверная стойка удерживается на месте внешней силой,
б. нарушается выравнивание проема двери вследствие отклонения сил центральной и задней секций. Это обуславливает падение проема двери.
Прочность основания обеспечивает сопротивление отклонению в сторону конструкции верхнего кузова. Большее смещение происходит на участках проема двери, которые являются самыми слабыми зонами конструкции.
4. Если момент инерции автомобиля достаточно велик, смещение вверх будет происходить в задней секции после остановки центральной секции. При отклонении задней секции вверх она перекрывает дверь на расстояние в четверть зазора панели (рисунок 15).
Рисунок 15. Перекрытие двери при движении заднее секции вверх
Это приводит к смещению проема двери; крыша продолжает перемещаться вперед и вверх на стойке лобового стекла. Могут возникать вмятины крыши.
Вертикальное отклонение происходит в результате сопротивления основания удару. Легкие автомобили с несущим кузовом имеют небольшую заднюю секцию, которая меньше отклоняется благодаря пониженному весу и уменьшенной длине. Тенденция задней секции к отклонению также уменьшена, поскольку автомобили с передним приводом имеют заднюю подвеску с меньшим весом.
Автомобиль, который подвергся столкновению в задней секции, как правило, не движется или движется со скоростью, гораздо меньшей скорости сзади идущего автомобиля. Движущийся более медленно (или неподвижный) автомобиль становится силой, действующей в направлении, противоположном направлению автомобиля, идущего быстрее.
1. В момент столкновения часть автомобиля, подвергшаяся контакту с внешней силой, начинает двигаться вперед после удара под действием внешней силы (рисунок 16).
Рисунок 16. Столкновение задней секции
Инерция заставляет остальную часть автомобиля сопротивляться ускорению.
На переднюю секцию большинства автомобилей приходится большая часть общего веса автомобиля. Автомобили с несущим кузовом и передним приводом имеют даже больший общий вес передней секции. Это создает большое усилие противодействия при столкновении с задней секцией.
2. Задняя секция автомобиля продолжает подвергаться удару и двигаться вперед под действием внешней силы. После повреждения задних лонжеронов и днища, они начинают отклоняться вверх над подвеской и, как правило, вниз в задней секции (рисунок 17). Инерция заставляет остальную часть автомобиля сопротивляться внешней силе.
Рисунок 17. Смещение лонжеронов при столкновении задней секции
2. В процессе столкновения происходят дополнительные повреждения и отклонения задней секции автомобиля. Когда задняя секция пытается двигаться вперед, ей противодействует центральная секция. Прочность нижней конструкции центральной секции способствует сопротивлению повреждениям, и вместо направления к основанию конструкция начинает перемещаться вверх (рисунок 18).
Рисунок 18. Смещение задней секции при столкновении
Инерция заставляет переднюю секцию сопротивляться перемещению вверх, что обеспечивает сдерживание конструкции (рисунок 18).
При этом происходит смещение проема двери. Дверь может выпасть. Дверной проем смещается, что приводит к падению двери при открытии.
Рисунок 19. Смещение крыши
3. Столкновение продолжается до тех пор, пока не будет затрачена вся энергия столкновения. Реакции аналогичны реакциям, показанным на рисунке 18, и в результате происходит более значительное смещение кузова (рисунок 19). Крыша перемещается вперед и вверх на стойке лобового стекла. Также могут появиться вмятины на крыше.
Боковые повреждения происходят, когда автомобиль подвергается боковому удару движущимся автомобилем или, когда сам автомобиль боком ударяется о другой объект. В обоих случаях действуют сходные силы. Для объяснения сил будет использоваться пример, когда неподвижный автомобиль подвергается непосредственному боковому удару другим автомобилем.
1. В момент удара подверженный удару автомобиль начинает повреждаться под действием внешней силы. Общий вес подверженного боковому удару автомобиля оказывает противодействие внешней силе и инициировавшему столкновение автомобилю (рисунок 20).
Рисунок 20. Момент бокового столкновения
2. Боковая часть автомобиля продолжает повреждаться в процессе воздействия внешней силы. При этом центральная секция автомобиля начинает двигаться в направлении действия внешней силы. Инерция вызывает сопротивление концевых секций перемещению, и они начинают отклоняться в поперечном направлении (рисунок 21).
Рисунок 21. Смещение центральной секции при боковом столкновении
3. В процессе столкновения происходят дополнительные повреждения и отклонения боковой части автомобиля. Центральная секция автомобиля начинает двигаться быстрее, чем концевые секции, продолжается сопротивление движению. Поперечное отклонение продолжается до тех пор, пока внутренняя сила не будет компенсирована, и весь автомобиль начнет двигаться вбок. Сочетание повреждений металла в центральной секции и бокового смещения концевых секций значительно уменьшают длину бока автомобиля (рисунок 22).
Рисунок 22. Смещение секций при боковом столкновении
Поскольку в таких столкновениях участвует много автомобилей, многократное опрокидывание становится причиной серии столкновений. При каждом опрокидывании автомобиля он ударяется о землю или другой объект, что считается отдельным столкновением. Каждый отдельный удар может привести к дополнительным повреждениям или изменить имеющиеся.
Для однозначного объяснения столкновения при опрокидывании будет применяться пример, в котором автомобиль опрокидывается только один раз, соответственно, происходит только одно столкновение.
При опрокидывании передний скат крыши ударяется о землю в передней части стойки лобового стекла. Этот участок, который включает скат крыши, лобовое стекло и дверную стойку, а также центральную секцию ската, изменяет направление своего движения. Остальная часть автомобиля под действием внутренней силы продолжает двигаться в сторону земли (рисунок 23).
Рисунок 23. Смятие крыши при опрокидывании
Автомобиль продолжает сопротивление и ведет себя одинаково до завершения удара. При этом участок контакта с землей удерживается на месте, а остальная часть автомобиля продолжает двигаться. Это приводит к значительным повреждениям верхнего кузова. Кроме того, вследствие высокой прочности узла стойки лобового стекла смещение верхнего кузова также передается к основанию (рисунок 24).
Рисунок 24. Смятие за счет смещения стойки лобового стекла при опрокидывании
Даже несмотря на то, что на верхнем кузове имеется большинство видимых повреждений, прочность основания, которое также смещено, обуславливает общее смещение. Это очень важно понимать, поскольку ремонт должен предусматривать вертикальную коррекцию основания (рисунок 25), иначе коррекция кузова и подвески будет невозможна.
Рисунок 25. Деформация нижней части кузова при опрокидывании
Первым шагом анализа повреждений является визуальный осмотр транспортного средства на предмет повреждений конструкции. Начинать нужно с точки удара, где проверяется наличие вмятин. Данные повреждения, как правило, очень хорошо видны.
Далее необходимо осмотреть участок под транспортным средством на предмет повреждения лонжеронов или днища. Необходима тщательная проверка на предмет трещин в стыках или в уплотнении, а также на предмет деформации или разрыва точечных сварных швов. Это является признаками повреждения, даже когда не видны вмятины или изгибы.
На внешнем узле кузова также могут быть признаки смещения. На смещение могут указывать вмятины на внешней стороне металлических листов, которые фактически не подверглись удару при столкновении. Кроме того, необходимо проверить зазоры двери и багажника или крышки багажника. Широкие или узкие зазоры являются признаками повреждения конструкции.
Несмотря на то, что многие специалисты используют исключительно визуальную проверку для определения смещений, она почти никогда не предоставляет полной картины повреждений. Запомните: при анализе повреждений после столкновения необходимо учитывать общее состояние транспортного средства. В автомобилях с несущим кузовом необходимо обращать внимание на нижнюю вспомогательную раму и участки днища, а также на верхний кузов. В автомобилях, где кузов располагается над рамой, необходимо обращать внимание на кузов и раму.
Визуальные проверки для выявления повреждений конструкции часто могут давать неправильные результаты. В теории столкновений объясняется только какими сложными могут быть повреждения конструкции, даже когда силы действуют по типовым траекториям. Необходимо учесть следующие факторы:
– повреждения конструкции не всегда являются "типовыми" повреждениями, поскольку существует множество исполнений конструкции кузова и рамы;
– поскольку автомобили редко подвергаются "прямому" удару, большинство повреждений конструкции являются сочетанием как вертикальных, так и боковых отклонений сил;
– часто повреждения конструкции распределяются равномерно по всей длине секции или всего автомобиля. Поэтому недостаточно выявить только внешние признаки: повреждение в целом может быть серьезным;
– вмятины не всегда являются показательным признаком имеющихся повреждений.
Ширина – положение контрольной точки относительно центральной оси или плоскости.
Высота – положение контрольной точки относительно базисной плоскости.
Длина – положение контрольной точки относительно оси или плоскости.
Можно понять различие между центральной осью и базисной осью, если понять происхождение этих терминов (рисунок 26). Они являются линиями отсчета на чертежах механических узлов, которые инженеры-проектировщики применяют при конструировании транспортного средства.
Рисунок 26. Центральная и базисная оси кузова
Центральная ось – линия отсчета для ширины, показанной на чертежах вида сверху ил снизу.
Базисная ось – линия отсчета для высоты, показанной на чертежах вида сбоку.
Ось кузова – линия отсчета для глубины, показанной на чертежах вида сверху и вида сбоку.
Центральная ось является воображаемой линией, которая проходит вдоль транспортного средства и является линией отсчета для определения боковой компоновки. Следовательно, неправильно расположенная центральная ось свидетельствует о боковых или "поперечных" смещениях.
На большинстве чертежей с видами сверху или сбоку показано размещение компонентов транспортного средства относительно центральной оси. Поэтому центральная ось является линией отсчета для определения ширины транспортного средства. Компоненты, расположенные слева и справа, могут размещаться, как на равном расстоянии от центральной оси (они называются симметричными), так и на неравном расстоянии от центральной оси (они называются асимметричными).
Рисунок 27. Центральная ось
На чертежах с видом сбоку компоненты транспортного средства располагаются согласно высоте, измеренной от базисной оси. Конструктор изображает базисную ось, а затем, используя ее, определяет вертикальное положение компонентов транспортного средства.
Базисная ось является воображаемой линией, расположенной под видом сбоку конструкции транспортного средства, она является точкой отсчета для измерения высоты.
Рисунок 28. Базисная ось
Ось кузова – это линия, изображенная под прямыми углами относительно центральной оси, она является точкой отсчета для измерения длины конструкции.
Рисунок 29. Ось кузова
Ось кузова можно изобразить в любом месте вокруг центральной оси, но в нашем пособии она изображена спереди или позади центральной секции автомобиля.
Рисунок 30. Центральная и базисная плоскости, плоскость кузова
При измерении и анализе конструкции транспортного средства необходимо следовать трем шагам:
1. Определить контрольные точки.
2. Определить базис для измерения.
3. Разделить транспортное средство на три секции.
Рисунок 31. Секции кузова автомобиля
Три секции транспортного средства при столкновении будут вести себя по-разному, что обусловлено его конструкцией. Данный метод носит название «принцип трех секций».
Базовые контрольные точки – это:
1. Основные точки транспортного средства, которые определяют выравнивание конструкции.
2. Они определяются после разделения транспортного средства на три секции.
3. Они являются главными участками для целевых точек.
Рисунок 32. Главные участки для целевых точек
При смещениях всегда существует взаимосвязь между целевыми точками и точками, где применяются сдерживающее усилие, тянущее усилие и блокировка.
Дополнительные контрольные точки определяются на участках соединения компонентов подвески и системы рулевого управления.
Рисунок 33. Дополнительные участки для контрольных точек
Дополнительные контрольные точки, которые всегда необходимо использовать, особенно на поврежденных участках – это точки соединения подвески и транспортного средства.
Для всех измерений базисом является центральная секция транспортного средства.
Рисунок 34. Определение базиса на центральной секции автомобиля
Для всех измерений базисом является центральная секция транспортного средства. Базис – это начало, в соответствии с которым образуется правильная компоновка всех других участков.
Конструкция транспортного средства содержит сложное сочетание различных форм (рисунок 35).
Рисунок 35. Основные элементы кузова автомобиля
Для упрощения понимания выравнивания конструкции транспортное средство можно представить в виде простых прямоугольных форм, где нижняя форма разделена на три секции.
Рисунок 36. Кузов в виде простых прямоугольных форм
Рисунок 37. Выравнивание конструкции по отношению к плоскости центральной оси
Рисунок 38. Выравнивание конструкции по отношению к плоскости кузова
Если любой из блоков смещен или часть блока смещена в поперечном направлении, данное смещение относится к центральной плоскости.
Если имеется неправильное расположение угла блока или любого конца блока со смещением вверх или вниз, данное смещение относится к базисной плоскости.
Сдвиг – явление при столкновении, при котором передняя секция рамы смещена в поперечном направлении относительно центральной оси транспортного средства. Повреждения, относящиеся к центральной оси, всегда являются поперечными (боковыми) смещениями передней или задней секции.
Рисунок 39. Сдвиг передней секции
Искривление – явление при столкновении, при котором происходит нарушение уровня в центральной секции. Не следует путать его с нарушением уровня для остального транспортного средства.
Рисунок 40. Искривление
Участок искривления с любым нарушением уровня имеет высокие или низкие области. Очевидно, при наличии искривления в центральной секции имеется две высокие области и две низкие области. Как показано ниже, высокие и низкие области диагонально противоположны друг другу и располагаются относительно центральной оси. Такой дефект центральной секции придает ей "искривленный" вид.
Термины "высокий" и "низкий" используются для описания положения контрольной точки согласно спецификации.
При укорачивании одного бокового лонжерона (вмятина, изгиб) под действием силы при столкновении нарушается положение центральной оси для этой стороны транспортного средства. Это снова не является дефектом сдвига, поскольку усилие, направленное вперед для восстановления исходной длины лонжерона, скорректирует положение центральной оси. Если укорачивания не видно, необходимо измерить лонжерон для определения этого типа повреждения.
Рисунок 41. Укороченный или поврежденный лонжерон
Дефект "ромб" наблюдается, когда один боковой лонжерон центральной секции смещается вперед или назад.
Рисунок 42. Дефект «ромб»
Дефект "ромб" является типом повреждения, когда один боковой лонжерон рамы смещается вперед или назад относительно противоположного бокового лонжерона.
Происходит нарушение прямоугольной формы центральной секции транспортного средства.
Рисунок 43. Сравнение кузова автомобиля с дефектом «ромб» и без
Дефект "ромб" определяется в центральной секции при сравнении измеренных длин боковых лонжеронов по оси кузова.
Для обеих измеренных длин боковых лонжеронов по оси кузова должны задаваться значения "0" при отсутствии дефекта "ромб".
Одна из измеренных длин по оси кузова будет всегда соответствовать "0". В некоторых случаях измеренное значение для противоположного бокового лонжерона может соответствовать "0", и для него могут применяться определенные допуски.
Дефект "ромб" для автомобилей с несущим кузовом – это тип повреждения, в котором один порог смещается вперед или назад относительно противоположного порога.
Рисунок 44. Дефект «ромб» для автомобиля с несущим кузовом
Для возникновения дефекта "ромб", как правило, требуется ударное воздействие на сам порог. Расположение контрольных точек на вспомогательных лонжеронах не всегда является эффективным для определения дефекта "ромб".
Рисунок 45. Смятие лонжерона без возникновения дефекта «ромб»
Рисунок 46. Контрольная точка на вспомогательном лонжероне располагается правильно, но порог смещен (дефект «ромб»)
Дефект "ромб" в транспортном средстве с несущим кузовом определяется при сравнении измеренных длин с использованием одинакового расположения на порогах. При отсутствии дефекта "ромб" эти измеренные длины должны быть равными или в пределах допусков.