Рама автомобиля — несущая система автомобиля, представляющая собой «скелет», на который крепятся кузов, двигатель, агрегаты трансмиссии, подвеска. Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от кузова автомобиля. История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение несущей системы. Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.
В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.
Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.
Назначение, виды
Рама автомобиля представляет собой балочную конструкцию, выступающую в роли основы для крепления всех составных частей авто – силовой установки, узлов трансмиссии, ходовой части и прочего. Кузов, присутствующий в конструкции несущей части выполняет лишь некоторые функции – обеспечивает пространство для размещения пассажиров и грузов, а также выступает в качестве декоративного элемента.
Основным положительным качеством использования рамы является высокий показатель прочности несущей части. Именно благодаря этому она и используется на грузовиках и полноценных внедорожниках. Но при этом из-за рамы общая масса авто увеличена.
Также рама автомобиля позволяет по максимуму унифицировать узлы и механизмы между моделями разных классов. В свое время доходило до того, что многие автопроизводители выпускали шасси авто со всеми основными частями (рамы, мотора, трансмиссии, ходовой части), на которую «натягивали» разные типы кузовов.
При этом было разработано несколько типов рам, каждая из которых обладает своими конструктивными особенностями. Все их можно разделить на:
- Лонжеронные
- Хребтовые
- Пространственные
Некоторые из этих видов имеют подвиды, также нередко используются комбинированные типы, в конструкции которых имеются составные элементы разных рам.
Преимущества и недостатки
В современных легковых автомобилях предпочтение отдано несущему кузову. Это происходит в силу ряда причин. Несмотря на явные преимущества (простая конструкция, упрощенная сборка автомобиля на заводе, легкий ремонт), у рамного кузова есть и существенные недостатки. Во-первых, при разделении функций кузова и рамы, приходится значительно увеличивать массу. Во-вторых, лонжероны, которые проходят под кузовом, забирают у пассажирского салона значительную часть. Пороги оказываются большими, а это затрудняет посадку в автомобиль. В-третьих, у рамных автомобилей уровень пассивной безопасности значительно ниже, ввиду возможности смещения рамы относительно кузова при ударе. В-четвертых, плоская рама уступает несущему кузову по показателю жесткости на кручение.
Таким образом, так как легковой автомобиль должен быть и комфортным и безопасным, несущий кузов для него стал незаменим. В тех же автомобилях, которым необходимо работать в сложных условиях, используют только рамные конструкции.
Хребтовая рама
Рамы хребтового типа для автомобилей были разработаны специалистами компании «Татра». И использовались такие рамы в основном на автомобилях этой компании. Основной несущей частью хребтовой рамы является труба, которая соединяет между собой двигатель и все элементы трансмиссии.
По сути, силовой агрегат, а также сцепление, коробка передач и главная передача являются также и элементами рамы. Крепление всех этих механизмов – жесткое. Крутящий момент от двигателя к элементам трансмиссии выполняет вал, который устанавливается внутри трубы. Использование такой рамной конструкции возможно только при обеспечении всех колес автомобиля независимой подвеской.
Хребтовая рама хороша тем, что обеспечивает высокую жесткость на скручивание, легкое и быстрое создание автомобилей с различным количеством ведущих мостов, но поскольку некоторые механизмы автомобиля находятся внутри рамной конструкции, то и выполнение ремонтных работ довольно затруднительно.
Рамы вильчато-хребтового типа также разработаны сотрудниками «Татра». В данном случае они отказались от жесткого крепления двигателя и трансмиссии к несущей центральной трубе. Вместо этого они с обеих сторон несущей трубы установили специальные вилки, на которые и устанавливаются двигатель с трансмиссией.
Вильчато-хребтовые рамы
Это подвид хребтовых рам, и его главной особенностью является то, что и передняя, и задняя части представляют собой трезубцы, основой которых есть центральная труба каркаса, а от неё уже отходят два лонжерона, которые используют для крепления узлов и агрегатов. В них используется обычный карданный вал, а картеры мостов и двигателя не являются единым целым с центральной трубой. Главный недостаток таких машин – неважная управляемость из-за расположения мотора сзади. В наше время такой вид рамной конструкции в автомобилестроении уже не используется.
Периферийные рамы
Разновидность лонжеронных рам, которую начали массово применять на крупных европейских легковых авто и американских «дредноутах» в 60-х годах. В этих рамах лонжероны размещены так широко сзади, что при установке кузова находятся у порогов, что позволило значительно повысить уровень пола и уменьшить саму высоту автомобиля. Большие плюсы такого авто в том, что он максимально приспособлен к боковым ударам, но и минус немаленький есть – кузов автомобиля должен быть более прочным и жёстким, так как рама неспособна выдержать большую нагрузку.
Пространственные рамы
Эти наиболее сложный вид рамной конструкции, который используется в производстве спортивных авто. Это конструкция из тонких легированных труб, которым несвойственно кручение. Трубные конструкции плохо переносят испытание на изгиб. И сегодня они уступили место в автомобилестроении монококам, но получили применение в автобусостроении.
Несущее днище
Несущее основание автомобиля - это промежуточный этап между рамной конструкцией и несущим кузовом. В этом варианте рама объединяется с полом кузова. Самым массовым и самым известным обладателем несущего днища является германский «Фолькваген Жук», у которого кузов крепился к плоской панели пола на болтах. Также по схожему принципу выполнен другой массовый автомобильчик из соседней Франции - Renault 4СV аналогичной с «Жуком» заднеприводной компоновки.
Такая конструкция достаточно технологична при крупносерийном производстве, и притом удается обеспечить низкий центр тяжести машины и низкий уровень пола в салоне. У большинства современных автобусов днище также является несущим, только кузов к нему приваривается, а не прикручивается.
Как собрать воедино все агрегаты самобеглой коляски, обеспечив их точное взаиморасположение при любых условиях движения? Первые автоинженеры об этом долго не думали. Все было уже придумано до них, и варианты были перед глазами: или несущий "кузов" телеги и кареты, или рамная конструкция паровоза и прочего железнодорожного транспорта. Тогда вопрос был решен в пользу рам, а сегодня автомобили с традиционной рамной конструкцией встречаются довольно редко. Хотя элементы рамной схемы использует большинство современных серийных машин.
Что такое рама?
В общем понимании рама (в терминологии первой половины прошлого века - остов) - это пара лонжеронов из металлического профиля, соединенных несколькими поперечинами. Рама служит основой, силовым каркасом, на который "навешиваются" кузов, силовой агрегат, элементы подвески и т.д.
Почему конструкторы выбирали раму?
1. Несущий кузов был или недостаточно жестким, или слишком тяжелым - сказывался тогдашний низкий уровень технологий.
Важная особенность рамной конструкции, плоской по сути, заключается в низком сопротивлении кручению по сравнению с несущей конструкцией коробчатого по своей сути кузова. На протяжении всей "рамной эпохи" этот вопрос решали двумя способами - увеличивая толщину металла и количество поперечин или меняя характеристики самого металла.
Проблема в принципе оказалась решаемой, тем более не всегда низкая сопротивляемость кручению вредила автомобилям. Так, в массовом советском грузовике ЗИС-5 "эластичная" рама ("перепады" между диагонально противоположными концами рамы могли достигать 3-4 см) значительно повышала проходимость трехтонки, не позволяя на ухабах колесам вывешиваться. Потеря контакта колеса ведущего моста с дорогой чревата остановкой машины из-за "ухода" крутящего момента на поднявшееся колесо, поэтому трехтонка ЗИС ценилась на фронтовом бездорожье в период Великой Отечественной.
ЗИС-5
2. На одной и той же платформе можно было продавать множество моделей автомобилей под разные запросы клиентов.
Это сейчас термин "платформа" понимают как некую общность деталей двух разных авто. В первой половине ХХ века технология работала буквально.
Многие автомобили продавались в виде шасси - рамы со всеми агрегатами ходовой части вплоть до руля и педалей, а кузов клиент уже сам заказывал специализированному ателье. В итоге покупатель, обладая достаточным количеством финансов, мог позволить себе абсолютно эксклюзивный авто с полностью серийной агрегатной базой. Сейчас такое уже, увы, невозможно.
"Остов" автомобиля начала века, фото: Wikipedia.org
Эволюция рамы
Изначально для изготовления остова применялись твердые породы дерева, реже -металлические трубы. В 1910-х годах на грузовых автомобилях уже стали внедрятся рамы с привычным нам открытым профилем.
Лонжеронные рамы
В английской терминологии этот вид рам часто называют лестничным из-за внешней схожести с одноименным предметом. Два продольных лонжерона чаще всего выполнены из открытого профиля. Форма поперечных балок бывает разной (К-образные, Х-образные, перпендикулярные), а фрагменты рам могут соединяться между собой при помощи сварки (преимущественно легковые автомобили), заклепок (грузовики) или даже болтов (штучные экземпляры).
Лонжеронная рама, фото: Wikipedia.org
Сегодня клепаные рамы чаще всего применяются на пикапах и грузовых автомобилях. К лонжеронным рамам некоторые инженеры также относят и Х-образные рамы, которые значительно легче (на них построена вся американская классика 50-х, а также советские "Чайки" - ГАЗ-13 и ГАЗ-14). Главное преимущество лонжеронной рамы - простота конструкции и технологичность. Главные же недостатки - большой вес и громоздкость, что отрицательно сказывалось на полезном пространстве внутри машины.
"Чайка" ГАЗ-13
Хребтовые рамы
История хребтовых (центральных) рам началась в 20-х годах ХХ века в Чехии. Конструкторы автомобилей марки "Татра" первыми разработали и внедрили новую схему в свои автомобили. Главный элемент конструкции - труба, соединяющая картер заднего ведущего моста с силовым агрегатом и трансмиссией. Внутри этой несущей на себе всю нагрузку трубы расположен вал без карданного шарнира, передающий крутящий момент с двигателя на колеса. То есть соединение, в отличие от всех современных задне- и полноприводных автомобилей, было жестким.
Как показал опыт эксплуатации, основными преимуществами хребтовой рамы являются высокая крутильная жесткость и возможность легко создавать многоосные полноприводные конструкции. Основным недостатком считается трудный доступ к встроенным в раму агрегатам.
Хребтовые рамы в свое время применялись на легковушках, а сегодня успешно применяются как раз на г . Достаточно сказать, что на такой машине "Татра" Карел Лопрайс, выступая в марафоне Париж - Дакар, за 14 лет (с 1988 по 2002 год) шесть раз становился чемпионом в классе грузовиков и четырежды завоевывал серебро.
Грузовой автомобиль "Татра"
Вильчато-хребтовые рамы
И снова Чехия… Вильчато-хребтовые рамы появились впервые перед Второй мировой на автомобилях родом из этой страны - "Шкодах" и "Татрах". Иногда вильчато-хребтовые рамы называют видом хребтовых рам. Главная особенность данного вида в том, что передняя и задняя части представляют собой трезубцы, образованные центральной трубой каркаса и отходящими от нее двумя лонжеронами, которые используются для крепления узлов и агрегатов.
В отличие от автомобилей с хребтовой рамой, в машинах с вильчатой конструкцией используется обычный карданный вал, а картеры мостов и двигателя не являются единым целым с центральной трубой. Яркими носителями этой конструкции являются довоенные "Татра-77" и "Татра-87". Это были революционные для своего времени комфортабельные автомобили: они отличались одновременно крайне низким для 30-х годов прошлого века коэффициентом лобового сопротивления (0,34), умеренным "аппетитом" и неважной управляемостью, вызванной заднемоторной компоновкой. Сегодня вильчато-хребтовые рамы в автомобильной промышленности не используются.
"Татра-87"
Периферийные рамы
Они являются следующим витком эволюции лонжеронных рам и нашли массовое применяться на американских "дредноутах" и крупных европейских легковых авто (к примеру, Opel Admiral) первой половины 60-х, по этому же принципу созданы все советские представительские лимузины, начиная с ЗИЛ-114.
Лонжероны в данной конструкции разнесены так широко, что при установке кузова они оказываются возле самых порогов. Вывод массивных элементов рамы к бортам автомобиля позволил конструкторам заметно понизить уровень пола в машине и уменьшить высоту самого автомобиля.
Периферийная рама
Главными плюсами периферийной рамы считаются высокая стойкость конструкции к боковым ударам, а также лучшая приспособленность к конвейерной сборке. Главный же ее недостаток заключается в том, что такая рама не может сама воспринимать все нагрузки, поэтому кузов автомобиля должен быть более прочным, жестким, что сказывается на его весе.
До недавних пор (до 2012 года) с таким типом рамы выпускался комфортабельный седан Ford Crown Victoria, ставший символом американского такси и полицейского автомобиля 1990-2000-х годов. Инженерам удалось достигнуть удивительных показателей комфорта, в том числе благодаря применению особых резиновых демпферов, через которые кузов крепился к раме.
Ford Crown Victoria
Пространственные рамы
Пространственные или трехмерные рамы впервые появились в большом автоспорте в 20-х годах прошлого века. Они чаще всего создавались из тонких труб (изготавливавшихся с применением легированных сталей, изделиям из которых несвойственно кручение).
Вообще, трубные конструкции с трудом переносят нагрузки на изгиб. Поэтому, конструкторы стремились всегда к тому, чтобы трубы нагружались только на сжатие или растяжение, но не "на излом". Сегодня в автоспорте пространственные рамы уступили место монококам, но обрели вторую жизнь в автобусостроении. Кстати, до начала 2000-х годов все минивэны Renault Espace были построены именно на пространственной раме - трубчатый каркас обшивали кузовными панелями. Ради безопасности и удешевления производства от этой схемы отказались.
Пространственная рама Mercedes-Benz 300SL Coupe (Gullwing) W198 (1954)
Несущее днище
Несущее основание автомобиля - это промежуточный этап между рамной конструкцией и несущим кузовом. В этом варианте рама объединяется с полом кузова. Самым массовым и самым известным обладателем несущего днища является германский "Фолькваген Жук", у которого кузов крепился к плоской панели пола на болтах. Также по схожему принципу выполнен другой массовый автомобильчик из соседней Франции - Renault 4СV аналогичной с "Жуком" заднеприводной компоновки.
Хоть ее кузов и был уже типичным цельнонесущим, спереди у нее имелся полноценный подрамник. Вваренный в пол, он имел вид двух лонжеронов, тянущихся от переднего бампера до зоны ног передних пассажиров. Впрочем, интеграция рам в тело кузова (или, если хотите, "обрастание" кузова элементами рам) - это уже другая тема, которой мы посвятим следующую статью.
ГАЗ-21 "Волга"
Рамой называется жёсткий элемент автомобиля, который принимает на себя основные нагрузки и используется для крепления на нём остальных элементов, представленных , трансмиссией, кузовом и разнообразным оборудованием. В отличие от альтернативного ей несущего кузова, рама в большинстве случаев является плоской и представляет собой своеобразный «стержень», придающий жёсткость всей конструкции в целом. Фактически рамная конструкция кузова представляет собой основу, вокруг которой собирается автомобиль - благодаря этому он становится намного проще в производстве и в обслуживании по сравнению с другими типами компоновки.
Существует множество видов рам, применяющихся в автомобилестроении. Наиболее распространённой в настоящее время является прямая лонжеронная рама, которая создаётся из двух продольных металлических балок, проходящих по всей длине кузова. В определённых местах они соединяются поперечинами - так называемыми траверсами, которые придают этому элементу жёсткости и предназначаются для крепления отдельных агрегатов. Особой модификацией лонжеронной рамы является периферийная конструкция, которая подразумевает существенное увеличение расстояния между продольными лонжеронами в центральной части кузова. Такие рамные обладают достаточно низко опущенным полом, который находится между балками, играющими роль порогов.
Существуют и экзотические варианты - в частности, хребтовые рамы, в которых несущим элементом выступает центральная труба, в которой проходят трансмиссионные валы. Она позволяет существенно уменьшить массу и габариты автомобиля относительно случая использования классической лонжеронной рамы, а также даёт возможность применять . Однако есть у неё и свой недостаток - сложность ремонта транспорта, для осуществления которого необходимо полностью разобрать машину.
Видео о том, как устроена конструкция рамы внедорожника:
Также необходимо упомянуть и о решетчатых рамах, применяющихся в - они создают не только несущую основу, но и каркас безопасности, на который навешиваются лёгкие кузовные панели. Иногда рамная конструкция автомобиля объединяется с несущим кузовом - в таком случае говорят об интегрированной раме, принимающей на себя только часть нагрузок. По типу соединения деталей рамы подразделяются на следующие виды:
- Клёпаные - легки в производстве.
- Болтовые - обладают повышенной прочностью, но очень высокой трудоёмкостью сборки.
- Сварные - и прочные.
Важнейшие преимущества
Если посмотреть на список рамных автомобилей легкового типа, то можно увидеть, что большая его часть принадлежит крупным внедорожникам, таким как Toyota Land Cruiser, Nissan Patrol, и прочим. Это неудивительно - ведь рама может переносить большие нагрузки по сравнению с несущим кузовом. За счёт этого достигается лучшая проходимость - автомобиль не деформируется при преодолении существенных уклонов и серьёзных преград. Также увеличение допустимых нагрузок способствует и повышению массы транспортируемого груза. Именно поэтому большая часть коммерческого транспорта строится на основе жёсткой рамы.
УАЗ Патриот — представитель рамных автомобилей
С точки зрения производителей, рама также является более предпочтительной - к ней легче крепить основные агрегаты и навесное оборудование. Подобную конструкцию удобнее пропускать через конвейер - она может собираться отдельно от кузова, что существенно ускоряет процесс изготовления транспортного средства, позволяя разделить его на две технологические цепочки. В пользу рамы выскажутся и работники - при её использовании намного легче восстанавливать геометрическую целостность кузова. В случае же, когда повреждения являются чересчур сильными, можно просто заменить раму, которая обладает меньшей стоимостью, чем готовый к использованию несущий кузов. Тем не менее от рамной конструкции отказалось большинство - следовательно, на то были свои причины.
Минусы жёсткой основы
Даже применение современных материалов не способно существенно облегчить раму или уменьшить её габариты - она всё равно будет утяжелять автомобиль, и вынуждать придавать ему большие размеры без существенного повышения полезного объёма внутри кузова. Следовательно, увеличиваются выбросы выхлопных газов и происходит нанесение существенного вреда окружающей среде. В масштабах узкого сегмента внедорожников это не очень важно, а если большинство легковых машин будет иметь подобную компоновку, все преимущества рамной конструкции автомобиля меркнут перед подобными проблемами. Кроме того, повышение массы означает увеличение нагрузки на ходовую часть. Пружины не всегда способны справиться с весом рамного транспорта, поэтому их зачастую заменяют более выносливыми, однако, не столь комфортабельными рессорами.
Стоит сказать и . При использовании рамы неразрушимой связи между ней и остальными частями кузова не существует. Соответственно, при возникновении очень сильного удара происходит взаимное смещение различных частей транспортного средства. Это приводит к очень серьёзным последствиям, в частности, получению травм пассажирами или даже к летальному исходу. Следовательно, основной причиной отказа большинства изготовителей от рамы является изменение требований к современному автомобилю, который должен быть максимально безопасным и экономичным.
Кому пригодится рама?
Зная о том, что значит «рамный автомобиль», мы без труда можем сделать вывод о назначении подобных транспортных средств. Они пригодны для использования в качестве коммерческой техники, а также специальных автомобилей, предназначенных для выполнения очень тяжёлых работ. Кроме того, рама обязательно нужна и внедорожнику, которого разработан не для преодоления городских бордюров. Если такие машины вам точно не нужны, стоит обратить более пристальное внимание на современные авто с несущим кузовом. Они обладают большей эффективностью использования топлива, а также безопасностью и практичностью.
Часто вижу в интернете заблуждение на счет этой гифки. Многие уверены, что это известный у нас УАЗ - "буханка". Вот тут мы даже разоблачали похожее Однако это не так, это совсем малоизвестный, но легендарный вездеход-грузовик Pinzgauer.
Австрийской породе ломовых лошадей этот легендарный внедорожник обязан именем, деньги на его создание выделила швейцарская армия, а шасси Pinzgauer – результат работы чешских инженеров.
Давайте я вам расскажу о его особенностях...
Некоторые технические решения в автомобилестроении так и остаются малораспространенным курьезом, причем от удачности самого решения это не всегда зависит. Одним из таких парадоксальных примеров является хребтовая рама, которая стала практически монопольным конструктом чешской компании «Татра».
Во времена «социалистического содружества» грузовики «Татра» были весьма популярны в Советском Союзе, легко узнаваемые по странной «косолапости» задних колес. Надежные крепкие машины служили в самых тяжелых условиях (вплоть до Крайнего Севера), и очень ценились водителями за отменную проходимость и прочность. В первую очередь в этом заслуга хребтовой рамы.
Хребтовая рама
Хребтовая рама является практически единственным способом обеспечить независимую подвеску с большими ходами для тяжелых грузовиков и специализированных внедорожников - уже за одно это ее стоит занести в анналы автомобилестроения. Оригинальность решения в том, что главным элементом жесткости автомобиля становится сама трансмиссия, объединенная в один сплошной агрегат, собранный в виде массивной трубы.
Представьте себе, что вдоль всей машины идет как бы один непрерывный картер, в котором спрятаны коробка, раздатка и передаточные валы (не карданные, поскольку в карданных сочленениях нужды нет).
Спереди к нему пристыкован двигатель, с боков - колеса. Такая конструкция отличается очень большой торсионной жесткостью (жесткостью на кручение), превосходя по этому параметру жесткость лонжеронной рамы, при существенно меньшей металлоемкости, а значит и массе.
А главное - это позволяет очень оригинальным образом подвесить колеса, передавая к каждому колесу крутящий момент через качающиеся полуоси, без карданных шарниров и ШРУСов, которые являются слабыми местами для тяжелых машин.
Оригинальный дифференциал Pinzgauer, позволяющий полуосям, за счёт скольжения (проката) по шестерне, поворачиваться при ходе подвески без участия шарнира.
Изобретателем хребтовой рамы считается чешский инженер Ханс Ледвинка, который продемонстрировал эту конструкцию еще в… 1923 году! На автомобиле «Татра 11» была впервые применена хребтовая рама, которая на долгие годы стала «фирменным приемом» завода «Татра». Причем применялась она не только в грузовых, но и в легковых автомобилях, хотя и недолго: главные достоинства конструкции - жесткость и прочность - оказались для легковых машин избыточными, а вот неотъемлемый эксплуатационный недостаток - слабая ремонтопригодность вследствие закрытости агрегатов - был сочтен существенным
Ханс Ледвинка.
Ведь чтобы добраться в такой машине до коробки передач, приходится буквально разбирать несущую основу на части - отдельно агрегат не снимешь… Зато для грузовиков «Татра» хребтовая рама стала значительным преимуществом - не в последнюю очередь вследствие своей модульности.
Дело в том, что картерную трубу рамы можно произвольно наращивать, создавая при минимальных затратах двух-, трех- и четырехосные машины.
Достаточно состыковать дополнительный стандартный модуль с редуктором и полуосями. Завод «Татра» всегда предпочитал производство грузовиков «под заказ», на ходу подстраивая конвейер под требования покупателей, и модульность стала настоящим спасением.
Особенности
Хребтовая рама, помимо своей главной особенности - несущего картера, имеет еще несколько удивительных технических решений, ставших следствием ее конструкции. Первое, что бросается в глаза при внимательном рассмотрении такой машины - отсутствие осевой симметрии подвески! Казалось бы, аксиома автомобилестроения - колеса должны быть строго симметричны относительно продольной оси кузова.
Этого добиваются всеми силами при сборке, за этим параметром следят во время эксплуатации путем введения регулировочных элементов подвески. Отсутствие такой симметрии считается серьезным дефектом, указывающим на аварийное повреждение рамы…
Однако есть автомобили, колеса которых изначально расположены несимметрично, и это ничуть не смущает конструкторов. Это автомобили с хребтовой рамой!
В силу конструктивных особенностей редукторов колесных пар, обеспечивающих «обкатывание» качающихся полуосей относительно главной передачи, полуоси не являются геометрическим продолжением друг друга, а правые смещены назад относительно левых. Отсюда и смещение колесных пар: правое колесо стоит чуть-чуть позади левого. Удивительно, но это практически никак не сказывается на управляемости машины!
Дифференциалы Pinzgauer блокируются с водительского места, раздаточная коробка — бездифференциального типа.
Еще один технический прием - двигатель не агрегатирован с коробкой передач, что является сейчас практически стопроцентной нормой в автомобилестроении. Крутящий момент от мотора к трансмиссии передается отдельным валом!
Это связано с тем, что жесткую сплошную конструкцию трансмиссионной трубы надо отвязать от вибраций двигателя, иначе они слишком хорошо передаются через жестко закрепленные траверсы на кузов.
«Татра» Т77.
Одним из следствий стали особые модификации хребтовой рамы - вильчатые рамы, где двигатель крепится на специальных лонжеронных вилках. Эти конструкции использовались, например, в представительских легковых моделях «Татры» от Т77 до Т613.
Центральная труба защищает валы и дифференциалы трансмиссии. Приглядевшись, можно увидеть, что шасси лишено продольной симметрии.
Труба защищает не только коробку, но и приводные валы, затрудняя ремонт, но делая их практически недосягаемыми для ударов извне. Вращение передаётся через пару конических шестерёнок со спиральным контактом. Такое зацепление позволяет полуосям подвески совершать качания в вертикальной плоскости: одновременно с передачей усилия ведомая и ведущая шестерни могли прокатываться по спиральному контакту.
Оригинальная конструкция шасси Pinzgauer продолжается и в положении полуосей: правые немного смещены назад, что компенсируется другими элементами, не сказываясь на управляемости. В этой уникальной подвеске колёса могут перемещаться на 20 см (мало для диагонального вывешивания, но высокая энергоёмкость подвески позволяет компенсировать недостаток). Портальные мосты, скопированные с легендарного Unimog, позволили снять нагрузку с трансмиссии и увеличить дорожный просвет до 36 см. Дифференциалы Pinzgauer требуют минимальной смазки, но легко способны вернуть контроль при пробуксовке, ведь их здесь три (межосевой и межколёсные), а в экстренной ситуации включать их можно прямо на ходу (принудительная блокировка осуществляется через гидропривод). Из-за полной синхронизированности раздаточной коробки и переключения скоростей, на обычной дороге дифференциал нужно выключать.
Steyr-Daimler-Puch
В общем, своеобразная конструкция хребтовой рамы оказалась очень уместна в производстве грузовиков и спецтехники, однако дальше заводов «Татры» почти не пошла.
Причины тому разные, и лежат они более в области маркетинга, нежели техники, однако есть одно замечательно исключение. Steyr-Daimler-Puch
Pinzgauer - машина с непроизносимым русскому человеку названием, которая, однако, заслуживает пристального внимания всех, кто любит внедорожную технику. Хотя бы в силу своей уникальности.
Хребтовая рама досталась Pinzgauer по родственной линии - с инженером Эрихом Ледвинкой, сыном того самого Ледвинки, изобретателя рамы. Созданный по заказу швейцарского военного ведомства универсальный армейский вездеход должен был стать легкой, проходимой и надежной машиной для военных.
И здесь хребтовая рама оказалась вне конкуренции - Pinzgauer получил огромную популярность не только в швейцарской армии, но и во множестве операций войск ООН во всем мире. Модульность конструкции дала возможность создания на одной базе целой группы автомобилей разного применения - от легкого двухосного разведывательного автомобиля до больших трехосных санитарных фургонов и КШМ.
Модели
Внешность Pinzgauer - верх утилитарности. Только прямые панели (дешевизна штампов), откидывающиеся стекла, зачастую мягкий верх. На такой машине можно уменьшить высоту кузова на треть, откинув стекла и убрав тент, что позволяет, например, маскировать ее в кустах или грузить в небольшие транспортные самолеты. Но это, как раз, решение для военных машин типичное, а оригинальность Pinzgauer в другом - в трансмиссии и подвеске.
Колеса (4 или 6) машины висят на поперечно качающихся рычагах, они же трубы полуосей, снабженных колесными редукторами. Отсюда приятные глазу джипера показатели - 400 мм клиренса и 200 мм хода колеса! 40-градусный въезд и 45-градусный съезд! Глубина брода - 700 мм! И грузоподъемность в тонну при собственном весе в две!
Двухосные и трехосные Pinzgauer устроены немного по-разному. Если первые имеют пружину и телескопический амортизатор на каждое колесо, то трехосник объединяет две задних оси в нечто вроде «колесной пары» с общей параболической рессорой.
Кстати, среди поклонников Pinzgauer ходят легенды, что к двухоснику присоединялся гребной винт (!) - на эту мысль многих наводит странный разъем на конце трансмиссионной трубы. Увы, плавающих «Пинцев» не было - этот разъем служит для присоединения еще одного редуктора в трехосном варианте. Модульность, однако!
Впрочем, и не плавая эта машина даст фору по проходимости многим подготовленным для трофи-рейдов «спортсменам». Огромные ходы колес, практически отсутствующие колесные арки, в которые могла бы набиться грязь, нулевые свесы (мотор за передней осью) полный набор блокировок с гидравлическим (!) приводом, а главное - не боящаяся контакта с грунтом трансмиссия, упрятанная в трубу хребтовой рамы - все это дает машине уникальную геометрическую проходимость. Pinzgauer переваливает через препятствия не хуже БРДМ с дополнительной колесной тележкой в базе.
Двигатель и трансмиссия
Двигатель в Pinzgauer расположен продольно за передней осью, что дает отличную развесовку. Моторов на эту машину ставилось два, причем первый - карбюраторный четырехцилиндровый «воздушник» (и тут «Татра»!). Большинство попавших в Россию со старых швейцарских складов «Пинцев» оснащены именно этим мотором - 2,5 л, 90 л.с. и крутящий момент 185 Нм.
Его преимущество - низкая степень сжатия, что обеспечивает большой моторесурс и питание 80-м бензином. Мощности его вполне достаточно для неторопливого движения по бездорожью и прогонов по шоссе с крейсерской скоростью 90 км/ч.
Второй мотор появился после модернизации в 1987 году и представляет собой шестицилиндровый рядный турбодизель. Машины с этим мотором легко отличить по появившемуся спереди небольшому «капотику», т.к. «шестерка» на место «четверки» не вставала.
Дизель несколько мощнее бензинового - 105 л.с. и тяговитее - 195 Нм. Причем, в некоторых комплектациях на «Пинце» с этим мотором появился четырехступенчатый «автомат»!
Трансмиссия Pinzgauer оригинальна не только по конструкции, но и по управлению. Коробка-раздатка (здесь это единый агрегат) пятиступенчатая, полностью синхронизированная (!), однако без дифференциала - на твердой дороге передний мост нужно отключать.
Все межколесные дифференциалы блокируются принудительно при помощи гидропривода, причем это можно делать на ходу. И это, между прочим, штатное оборудование!
Эксплуатация
Доброго слова заслуживает и ремонтопригодность машины - за исключением, естественно, агрегатов, скрытых внутри рамы. Зато большинство узлов подвески предельно унифицированы, что позволяет использовать один набор деталей для любого колесного узла. Кроме того, эта конструкция не требует шприцевания!
Steyr-Daimler-Puch выпустила всего около пяти тысяч Pinzgauer разных модификаций, однако благодаря потрясающей живучести их можно встретить довольно часто в самых разных уголках мира.
Не исключение и Россия - у нас достаточно спокойно можно купить старенький «Пинц» с консервации, т.к. швейцарская армия распродает запасы. Однако не ждите, что цена будет соответствовать году выпуска: цена машины производства середины семидесятых переваливает за миллион, а девяностых - и за два…
Зато вы получите уникальный внедорожник, имеющий в базе такие характеристики, которых от большинства машин не добиться даже с помощью глубокого тюнинга… Ну и, конечно, хребтовую раму, которая сама по себе дорогого стоит!
Полученная конструкция называется шасси. Рамное шасси в большинстве случаев может даже перемещаться по дороге отдельно от . История рамного шасси уходит корнями к самому началу развития автомобилестроения. Отдельная рама представляла собой полностью автомобильное решение . Конструкторы автомобилей заимствовали эту идею у железнодорожного транспорта. Первые рамы выполнялись из твердых пород дерева. Кроме того, материалом для рам в те годы служили круглые металлические трубы.
В начале двадцатого столетия большой популярностью пользовались рамы с конструкцией из штампованных профилей, имеющих прямоугольное сечение. Ближе к 30-м годам XX века многие компании-производители легковых транспортных средств отказались от использования рам в пользу самонесущего кузова. В наши дни рамные шасси используются в основном на машинах с грузовой платформой и тракторах, однако зачастую рамными конструкциями оборудуются многие внедорожники и лимузины. Последние нуждаются в установке рамы, потому что несущий кузов при такой солидной длине машины оказывается переутяжеленным.
Любой автомобильной раме присуща отличительная особенность с точки зрения конструкции. Она заключается в разделении функций несущих деталей кузова и его панелей, имеющих декоративное значение. Декоративные панели также могут быть оснащены усиливающим каркасом. Такой каркас может располагаться, к примеру, в районе дверных проемов, однако в этом случае он не принимает участия в восприятии силовых нагрузок, которые дают о себе знать во время движения машины. Наиболее распространенной является классификация автомобильных рам в зависимости от используемой несущей структуры. Существуют лонжеронные, хребтовые, периферийные, вильчато-хребтовые, решетчатые рамы, а также несущие конструкции, интегрированные в кузов.
В состав лонжеронной рамы входят несколько поперечин, которые иногда называют «траверсами», пара продольных лонжеронов (так называют главный силовой элемент несущей конструкции, представляющий собой короб сложной формы, выполненный из металла), кронштейны и крепления, предназначенные для установки на них кузова автомобиля и различных агрегатов. Как поперечины, так и лонжероны могут отличаться по конструкции и форме. Выделяют X-образные, К-образные, а также трубчатые поперечины. Их назначение заключается в придании конструкции максимально возможной жесткости. Для изготовления траверс обычно используется гнутый металлический профиль. Для лонжеронов наиболее характерным является переменное по длине П-образное сечение (швеллер). В самых нагруженных участках высоту сечения швеллера увеличивают.
Лонжероны могут располагаться параллельно относительно друг друга или под определенным углом. Кроме того, лонжероны могут устанавливаться изогнутыми в вертикальной либо горизонтальной плоскости. Параллельное расположение используется главным образом на грузовых транспортных средствах. Остальные схемы неплохо подходят для внедорожников – автомобилей, обладающих повышенной проходимостью. За счет установки лонжеронов под углом можно добиться получения максимального угла, на который поворачиваются управляемые . Изгибы в вертикальной плоскости выполняются для снижения центра тяжести. Вместе с этим становится ниже и уровень пола в машине. Благодаря изгибу лонжеронов в горизонтальной плоскости кроме понижения уровня пола достигается существенное повышение уровня пассивной безопасности в случае возможного бокового столкновения.
Для соединения деталей, входящих в состав рамы, между собой используются болты, заклепки. Широкое распространение нашли и сварные соединения. Рамы на заклепках чаще используют в конструкциях грузовых автомобилей, а сварные рамы – при изготовлении легковых машин и самосвалов с большой грузоподъемностью. Болты нашли применение в малосерийном производстве. Лонжеронными рамами оснащаются почти все грузовые машины и внедорожники. Именно популярностью таких конструкций обусловлено то, что под понятием «рама» чаще всего подразумевается как раз лонжеронная несущая система.
Разработка хребтовой рамы была осуществлена чехословацкой компанией «Татра» в 20-х годах прошлого столетия. Именно такими рамными шасси тогда оборудовались многие автомобили, выпускаемые этим предприятием. Основной конструктивный элемент хребтовой рамы – это центральная трансмиссионная труба, на которой объединяются картеры силового агрегата и таких узлов, как , .
Установке такой рамы сопутствует необходимость в оборудовании автомобиля независимой подвеской всех колес, что в большинстве случаев реализуется путем крепления по бокам к хребту пары качающихся (на каждой из них присутствует по одному шарниру). Главным достоинством данной схемы является высокий показатель крутильной жесткости. К тому же, становится возможной беспроблемная разработка всевозможных модификаций автомобилей с разным числом ведущих мостов. Основной недостаток – это сложность ремонта агрегатов, которые жестко закреплены на раме. С этим и связана невысокая популярность хребтовых рам в современном автомобилестроении.
Вильчато-хребтовые рамы
Своего рода разновидностью рассмотренного выше типа рамы является вильчато-хребтовая конструкция. Здесь передняя, а иногда – и задняя части выполняются в виде вилок, образованных парой лонжеронов, служащих для крепления силовой установки и агрегатов трансмиссии. Такая рама отличается от обычной хребтовой тем, что картеры узлов силовой передачи изготовляются отдельно. Многие специалисты относят сюда и так называемые Х-образные рамы, которые иногда называют разновидностью лонжеронных установок.
Периферийные рамы
Периферийная рама также часто рассматривается в качестве разновидности конструкции лонжеронного типа. В центральной части периферийной рамы расстояние между парой лонжеронов делают настолько большим, что после монтажа кузова лонжероны можно обнаружить прямо за дверными порогами. «Ахиллесова пята» такой рамы – это места, где осуществляется переход от увеличенного расстояния между лонжеронами к нормальному. В этих местах монтируются специальные коробчатые усиления, аналоги которым нередко встречаются в машинах с несущим кузовом. Результатом применения периферийной конструкции становится значительное понижение пола кузова, который целиком размещается между лонжеронами, что в итоге обеспечивает уменьшение общей высоты транспортного средства.
Решетчатые рамы иногда называют пространственными или трубчатыми. Такая система представляет собой пространственную ферму, для изготовления которой используются относительно тонкие трубы. Эти трубы выполняются из легированных сталей, отличающихся высокой прочностью. Кроме того, этот материал должен быть легким и прочным на кручение. Трубчатые конструкции нашли применение в гоночных и спортивных машинах, ведь для них одним из важных параметров является минимальная масса при максимальной прочности. Интегрированная в кузов рама конструктивно не имеет существенных отличий от обычной, однако она соединяется с кузовом при помощи сварки.
К главным преимуществам рамных конструкций автомобиля относятся: простота, довольно низкая стоимость, возможность унификации базовых моделей транспортных средств, восприятие серьезных нагрузок при езде, повышение комфортабельности, обеспечение лучшей шумоизоляции. Кроме того, ремонт автомобиля с рамой после дорожно-транспортного происшествия значительно легче, нежели ремонт машины, имеющей несущий кузов. Недостатками рам являются увеличение массы автомобиля (если сравнивать с несущим кузовом), а также худшая пассивная безопасность, связанная с трудностями, возникающими при создании зон запрограммированной деформации.