A járműiparban jelenleg nem létezik olyan szériában gyártott jármű,
amelyik pótkocsis szerelvényként hibrid, szóló járműként tisztán
elektromos hajtású. Az elektromos és szerelvényes üzemben hibrid hajtású
pótkocsis járműrendszer egy közlekedési vállalat több igényét is képes
egyszerre, többletforrás/többlet-járműpark igénybevétele nélkül
kielégíteni. Ugyanakkor a tisztán akkumulátoros üzemben zéró-emissziós
üzemmódban képes közlekedni, de hibrid üzemmódban is lényegesen
kedvezőbb emissziós adatokkal tud szolgáltatni, hiszen az ezen
üzemmódban használatos belső-égésű motor működési zónája is olyan
fordulatszám-tartományba állítható be, ahol a legkisebb a
károsanyag-kibocsátás.
A Lanta Kft. telephelyén olyan kutatási projekt kezdődött, amely a
fenti hipotézis mellett vizsgálja a járműipari kutatási lehetőségeket.
Az állami támogatással megvalósuló kétéves projekt első kutatási
szakasza 2014. június 30-án zárul. A projekt első szakaszában
megkezdődött a gépjármű karosszériájának tervezése. A piaci igényeknek
megfelelően meghatározásra került, hogy milyen rendszerű alváz és
karosszéria megtervezése szükséges. A tervezés folyamán kiválasztásra
kerültek a teherviselő elemek keresztmetszeti, falvastagsági, anyagi
tulajdonságai, továbbá a hajtások elhelyezésének helye, azok
rögzítésének módja. Kialakításra kerültek a kerekek elhelyezésére
szolgáló karosszériaszegmensek. A főegységek összeállítási terveit az
alvállalkozóként bevont Auto Rad Controlle Kft. készítette el.
Az autóbusz váz szilárdsági számításainak elvégzéséhez elkészült az
autóbusz vázának háromdimenziós modellje, amelyben a valóságnak
megfelelően kerültek kialakításra a karosszériát alkotó elemek
mechanikai tulajdonságai, az elemek egymáshoz való csatlakozási
pozíciója, a csatlakozásának módjai, valamint az elemek anyagi
tulajdonságai. Meghatározásra kerültek a roncsolás nélkül bontható és a
csak roncsolással bontható kapcsolódási pontok. A modellen lefuttatott
ütközésvizsgálat eredményeinek kiértékelését követően sor került az
egymáson átmenő elemek csatlakozásának pontosítására, a nem megfelelően
elhelyezett elemek pozíciójának javítására és az oldható kötések
hozzáférhetőségének biztosítására.
A Kwaklab Kutatóintézet Nonprofit Kft. összehasonlító tanulmány
keretében elemezte a különböző elektromos és hibrid hajtások jellemzőit,
illetve az akkumulátorok tulajdonságait. Megvizsgálta továbbá a
segédüzemi berendezések villamos ellátásának biztosítási lehetőségeit,
az elektromos hajtások változatait, illetve az energiatároló
rendszereket.
A kutatóintézet elvégezte a végeselem-vizsgálatot. Meghatározásra
kerültek az vizsgálat elvégzéséhez szükséges erők nagyságai és támadási
helyei. A vizsgálati pozíciók annak fényében lettek meghatározva, hogy a
jármű üzemszerű működésének megfelelő legyen. A vizsgálat
eredményképpen megállapításra került, hogy az elkészült modell a
megválasztott terhelés hatására az megengedhető elmozdulás 20 százalékát
érte el, így az elkészített karosszéria tervek megfelelnek a
gyártáshoz.
A végeselem-vizsgálat gyakorlati igazolására töréstesztek kerültek
elvégzésre, amelyek arra is szolgáltak, hogy tesztelésre kerüljenek a
hegesztési varratok és a fémek megfelelő összeolvadási mutatói. A
törésteszt eredményei megerősítik a számítógépes szimuláció eredményeit,
miszerint a szerkezet kellően erős és megfelelő mértékben ellenáll a rá
váró valós terheléseknek.
A kutatási projekt következő munkaszakaszában megkezdődik a
prototípus karosszériák fejlesztése, a kiválasztott hajtás beépítése és
tesztelése.
A Lanta Kft. telephelyén olyan kutatási projekt kezdődött, amelynek
célja pótkocsis szerelvényként hibrid, szóló járműként tisztán
elektromos hajtású autóbusz, azaz a DUELBUS megépítése.
A négy munkaszakaszból álló projekt első kutatási szakaszáról hírt
adtunk a Lombik 2014 júniusi számában. Ennek során elkészítették a
vezető kocsi terveit, a KwakLab Kutatóintézet elvégezte az egyes
vázszegmensek töréstesztjeit, illetve az úgynevezett
végeselem-számítást, melynek keretében meghatározták a szerkezetet érő
hatások, gyorsulás, terhelések következtében fellépő deformációkat és
kialakuló feszültség értékeket.
Az Innovációs Alap támogatásával megvalósuló projekt következő szakaszában elkészült a pótkocsi részletes dokumentációja.
A konstrukció fejlesztése során elfogadott néhány irányelv:
– a hátsó túlnyúlás az utolsó üléssor helyigényének megfelelően lett kialakítva;
– a tengelyközben a méret változatlan, annyi változás van, hogy az
első kerékdobon elhelyezkedő hátranéző ülések („másfeles”) alatti dobogó
keresztben egy kissé beér a folyosóra, de itt nincs átmenő
utasforgalom;
– a mellső tengely felett az előbbi padlószintet megtartják, így a tengelykormányzás elhelyezhető;
– a KRONE megoldás kihagyására a csuklós Ikarusokban használt
kormányzást (típusok: Ik 180, Ik 280) adaptálják egy hegesztett,
négyszög keresztmetszetű vonórúddal.
A gumiabroncs-választék – a 19,5”-os méret engedélyezésével – igen
nagy lett. A kormányzott tengelyekre – mellső/hátsó kocsiknál egyaránt –
a 225/70, illetve a 245/70 méret jöhet szóba, így a terhelhetőség
~3600, illetve ~4000 kg – ezt majd a végleges konstrukció kialakításakor
kell eldönteni. A hátsó tengelyen ezzel a két mérettel maximum ~7200
illetve ~8000 kg. a terhelhetőség.
Hosszabb kocsinál (hiszen hosszabb távon egy komplett járműcsaládban
gondolkodnak – akár 10,5 m hosszig is) szóba jön még a 265/70 és a
285/70 méret is.
A normál /70-es sorozat legnagyobb létező mérete – a 305/70, a
pótkocsinál alkalmazható a hátsó tengelyre is – teherbírása 9 bar
mellett elérheti a 6700 kg-ot, ebben az esetben a hátsó járóköz is
tágasabb lehet.
Kisebb mértékben, de tágabb a hátsó járóköz a pótkocsikon alkalmazott
385/55 méretű abroncs alkalmazásával. Ekkor a teherbírás a „D”
tengelyen 9 bar mellett 8000 kg – azaz alkalmas mintázat mellett akár a
mellső kocsi hajtott tengelyén is szóba jöhet. Az utastérelrendezés
ekkor annyit módosul, hogy a hátsó dobon is elhelyezhetők „másfeles”
ülések.
A tengelyközi ajtóknál a Lanta Kft. munkatársai a tervezés során a
tolóajtó megoldást választották, ami egyre kedveltebb a közösségi
közlekedésben, a genfi eredetű VOLVO 7700-asokon, vagy egyes, használtan
vett Citarokon a budapesti közlekedésben is alkalmazzák.
A kutatóintézet munkatársai Szűcs Renáta gépész-kutató vezetésével
különböző terhelési helyzetekre végeztek el szimulációkat, különféle
álló és ülő utasszámot figyelembe véve, a kapott adatok alapján pedig
megtörtént a vázelemek méretezése. A tesztelések során a karosszéria egy
kritikus eleme a „D” tengely bekötésnél jelentkezett, illetve az
oldalvázak ún. „kerékdob” szegmensében.
Beszerzési terv készítése, megrendelések elindítása
A tervek alapján elkészült az anyagszükséglet számítása is, a jármű
egyes kocsitestjei mintegy 800 kg különféle méretű rozsdamentes acél
zárt szelvényből és mintegy 400 kg rozsdamentes acéllemezből
készíthetőek el. Az anyagszükséglet a karosszéria betétezéseit,
kiegészítő burkolattartóit, a futóműbekötés elemeit, valamint a
vonószerkezetet nem tartalmazza.
Ezekre a karosszéria-kiegészítőkre még közel 100 kg acéllemez
számolható, illetve önálló egységként fog jelentkezni a vonószerkezet
is.
Az év végén megtörtént a két kocsitest terveinek zsűrizése. A zsűrin a
fejlesztésben, gyártásban és beszerzésben résztvevő kollégák döntése
alapján az elkészült főtervek és a menet közben javasolt módosítások
elvégzése után a kocsitestek gyártása megkezdhető.
A töréstesztek
A terheléses mechanikai vizsgálatokhoz az egyes részegységeket
ugyanazon gyártóeszközökben és ugyanazzal a technológiával gyártották
le, mint ahogy a végleges szerkezet fog készülni. Voltak olyan elemek,
így az oldalváz kerékdobjárat, a fenékváz tengelybekötési pontjai, a
hossztartók a motortér körül, valamint az oldalváz üléskörnyezeti
szegmense, amelyeket többször is le kellett gyártani a mérések közben
kapott eredmények miatt. A többszöri módosítás és újragyártás után végül
minden alkatrész és szerkezeti elem szilárdsága és terhelésnek való
ellenállása megfelelő lett.
A töréshez a KwakLab speciális hidraulikus nyomató szerkezetét
használták, a méréseket elmozdulásmérő órával dokumentálták, a
vázszegmens kritikus pontjain pedig úgynevezett bélyegeket
(sárga-fekete, kör alakú jelzéseket) helyeztek el.
Összefoglalásul megállapítható, hogy a projekt második fázisában
elvégzett munka során helyes fejlesztési irányt választottak, sikerült
elérni e fázis célkitűzéseit, ezekre alapozva indítható a fejlesztés
következő üteme, a váz-prototípus összeállítása.
Keretes: A végeselem módszer
Ez a számítógépes szimuláció az egyes mechanikai terheléseket valós
mérések helyett modellezéssel, parciális differenciálegyenletek közelítő
megoldásával helyettesíti. Jellemzően mérnökök használják, a
gépészmérnöki és építőmérnöki feladatokkal szorosan összefüggő
szilárdságtani és lengéstani számítások elvégzésére. A járműtervezésben a
vizsgálandó szerkezetek költséges előállítása miatt elterjedt a módszer
használata, ám a törésteszteket, terheléses vizsgálatokat nem
helyettesíti teljesen.
A piaci igények/lehetőségek miatt alternatívaként kidolgozásra került
a hosszanti, centrális meghajtómotor-beépítés mellett a meghajtómotor
oldalirányban eltolt elhelyezésére alkalmas padlószerkezet-konstrukció.
A kétféle hajtómű-elrendezés lehetőségének előnyei:
- lehetőséget nyújt a meghajtó-egységek szélesebb választékának alkalmazására,
- lehetőséget nyújt a jármű zéró-emissziós (tisztán elektromos)
üzemmódban megtehető távolságának növelésére (többlet-akkumulátortelep
beépítés)
- lehetőséget nyújt dízel/CNG+elektromos (soros-hibrid) hajtáslánc kialakítására is
A (mellső) járműegység meghajtó motorjának a jármű középsíkjából a
bal oldalfal felé eltolása nem érinti a hazai előállítású – eredetileg
RÁBA 360 típusú – hátsóhíd beszállítójának változását. Az alternatív
változatban a merőleges változat helyett a 70°-os behajtású – RÁBA 361
típus – kivitel kerülhet beépítésre.
A futóművek beépítése konstrukciója – a moduláris felépítésű mellső-
és pótkocsi esetében – a lehető legnagyobb mértékben egységes
kialakítással készült. Ez azt is jelenti, hogy a pótkocsi hátsó
futóművének későbbiekben kormányzott hídtesttel való felváltására is
alkalmas a padlószerkezet geometriája, a légrugók beépítésének
kialakítása.
A gépészeti térben elvégzett változtatások – azok alkalmazása
esetében – hatással vannak a pótkocsi mellső alvázvégződésének,
kormányzásának kialakítására, a vonószerkezet beépítési magasságára is.
Az ennek megfelelően módosított pótkocsi főtervben alkalmazott
pótkocsi-kormányzás mind a jelenleg tervezett merev kormányzott futómű,
mind a későbbiekben a mellső járműtaggal azonos független felfüggesztésű
mellső futómű-egység alkalmazását lehetővé teszi.
Mind pótkocsi, mind a mellső kocsi kialakítása önállóan is alkalmas
közlekedésre. A pótkocsin tervezett vonószerkezet olyan formában,
kivitelben került specifikálásra, hogy az nem csak a Duel-Bus
rendszerben, de más, pótkocsi vontatására alkalmassá tett városi
autóbusszal/trolibusszal összekapcsolva is alkalmazható időszakos
utaskapacitás-növelésre, mivel a kapcsoló- és kormányszerkezet a
nehézgépjárművek szabványos kapcsolószerkezetével kompatibilis.
Első sorban a pótkocsi áttervezett padlószerkezete, de a mellső kocsi
padlószerkezete is olyan gépészeti kialakítással rendelkezik, mely
mindkét esetben számos ülő/álló-utas arány kialakítását lehetővé teszi
az ülésezés változatai révén. Ezen túl a pótkocsi esetében lehetőség van
a mellső kocsihoz képest mintegy 500 mm-rel megnövelt tengelytáv
alkalmazására – így a befogadóképesség
Kihívások, amelyek a projektet generálták:
- emisszió-mentes közlekedés támogatása,
- rugalmas alkalmazkodás a változó közösségi közlekedési igényekhez.
A projekt tárgya – a DUELBUS
Egy olyan jármű-szerelvény vázszerkezetének megtervezése és vizsgálata , amely jármű:
- szóló üzemmódban tisztán elektromos járműként, tisztán akkumulátoros hajtással üzemel,
- szerelvény üzemmódban a pótkocsiba beépített diesel/generátor egység
állítja elő a szerelvény mozgatásához szükséges többlet-energiát,
- szállítható utasok száma ~45 fő >>> 100 fő között a napi közlekedési igényekhez alakítható.
A projekt jelenlegi állása
Megtörtént a hajtási rész elemeinek kiválasztása, de menet közben a
piaci igények módosulása miatt ezekben változtatásokat végeztünk (hajtó
motor típusa, elhelyezése, jármű hatósugarának növelése – akkumulátor
tömegének növelése).
Ezek alapján elkészítettük, illetve módosítottuk a főterveket.
Elkészültek a vezető kocsi és a pótkocsi részletes tervei.
Véges-elem számításokat végeztünk a konstrukció szilárdsági ellenőrzésére, illetve lefolytattuk a terv-zsűriket.
A konstrukció ismeretében elkészítettük a beszerzési tervet,
elindítottuk a vázszerkezet gyártásához szükséges anyagok megrendelését.
A töréstesztekhez részegységeket gyártottunk és elvégeztük a törésteszteket.
A váz fődarabokhoz (padlóváz, oldalvázak, tetőváz, homlok- és hátfalak) megtörtént az alkatrészgyártás.
Ezek után az összeállított fődarabokból állítottuk össze a
karosszéria vázszerkezetét hegesztéssel, amit varratmegmunkálás és
vázegyengetés követett, illetve a két kocsitestet összekötő
vonószerkezet prototípusát is elkészítettük.
Kutatási
projektünk célja elektromos és szerelvényes üzemben hibrid hajtású
pótkocsis jármű technológia kutatása és prototípusának elkészítése. A
járműiparban jelenleg nem létezik olyan, szériában gyártott jármű,
amelyik pótkocsis szerelvényként hibrid, szóló járműként tisztán
elektromos hajtású. Projektünk olyan járműipari kutatást tartalmaz,
amely elektromos vontató első résszel és egy, az első részben
elhelyezett akkumulátor-csomagot a vontatott részben elhelyezett
diesel-generátoros akkumulátoros töltő egység segítségével (pótkocsis
üzemben) képes közlekedni.
