Alvázas vagy önhordó?

Bevezetés

Az önhordó vázszerkezetű autóbuszok megjelenése óta vitatkoznak a szakemberek és üzemeltetők arról, hogy melyik építési mód – az alvázas vagy az önhordó – a kedvezőbb. Az eszmecserét nehezíti, hogy a hétköznapi életben pontatlanul, több esetben felcserélve használjuk a vázszerkezettel kapcsolatos fogalmakat (alváz, fenékváz, padlóváz).

A vázszerkezettel kapcsolatos követelmények

A járművek iránt érdeklődők rögtön mondhatják, hogy nincs ebben semmi bonyolult, vannak a masszív, nagy teherbírású, strapabíró és ezért nehéz alvázas járművek, és vannak a sokkal filigránabb, könnyebb szerkezetű önhordó konstrukciók. Mielőtt ennek részleteiben elmerülnénk, nézzük meg, hogy milyen terheléseket kell elviselnie egy jármű vázszerkezetének:

1. el kell viselnie a saját szerkezetének (motor, sebességváltó, segédberendezések, stb.) súlyát

2. hordoznia kell az utasok, csomagok, teherautóknál a rakomány súlyát

3. fel kell vennie a jármű üzemeltetéséből fakadó terheléseket (gyorsítás, lassítás, kanyarodás)

4. fel kell vennie a jármű haladása során az egyenetlen út okozta gerjesztésből származó terheléseket

A kis területen koncentrálódó terhelések felvétele erőbevezetéseken keresztül valósul meg (futómű bekötések, motorfelfüggesztés stb.), az erőhatásokat be kell vezetni a vázszerkezetbe. [5]

A terhelés lehet nyíró-, hajlító- és csavaró igénybevétel, más megközelítésből/szempontból statikus és dinamikus igénybevétel, valamint kifáradás is.

A vázszerkezet akkor felel meg a rendeltetésének, ha a terhelés során nem ébrednek benne a megengedettnél nagyobb feszültségek, és a ráható erők sem maradandó alakváltozást, sem repedést vagy törést nem okoznak benne. Ennek érdekében a vázszerkezeteket nemcsak statikus, hanem dinamikus erőhatásokra (újabban kifáradásra is) méretezik. A kellő szilárdság mellett fontos az alaktartás (merevség) és a balesetbiztonság is.

Az alvázas konstrukció jellemzői

1. nem egy meghatározott autóbusztípushoz (esetenként teherautó típushoz), hanem általában autóbusz építéshez lett kialakítva (az alváz tervezésekor még nem tudni, hogy milyen felépítmény fog rá kerülni)
   

2. főbb geometriai méretei (tengelytáv, nyomtáv, magasság, mellső kilógás stb.) adottak és nem változnak a ráépített karosszériától függően
   

3. meghatározott főegységek, s azok rendszereinek befogadására szolgál és ezekkel járóképes. A hajtáslánc, futóművek, kormányzás, fékrendszer stb. üzembe helyezhető, kipróbálható.
   

4. hidegen vagy melegen sajtolt (esetleg hengerelt), viszonylag kis magasságú és nagyobb vastagságú, nyitott vagy zárt profilú hossz- és kereszttartó szerkezettel rendelkezik. Az alvázkeretet két hossztartó és a velük összehegesztett (szegecselt, csavarozott) kereszttartók alkotják. Építésmódja és gyártástechnológiája jelentősen eltér a karosszéria könnyűszerkezetes kialakításától.
   

5. az alvázhoz a karosszéria néhány diszkrét ponton kapcsolódik, gyakran oldható kötéssel. Ezt a gépjármű építési módot differenciál építésmódnak is nevezzük, mivel a kocsitest szétválasztható. Az alvázat szokás alépítménynek, a karosszériát felépítménynek is nevezni.
   

6. az alvázas-differenciál építésmód nagyobb előnye, hogy a karosszéria kialakításakor a konstruktőr viszonylag nagy szabadságot élvez. A karosszéria csak néhány pontban és viszonylag rugalmasan van az alvázra erősítve, arról könnyen levehető. A főbb méret- és súlyhatárokon belül lényegében bármilyen karosszéria elképzelhető. Ugyanarra az alvázra autóbusz vagy teherautó felépítmény tervezhető, azok tetszés szerint módosíthatók, fejleszthetők.
   

7. a klasszikus alvázas autóbuszok nem alkalmasak sem az alacsony padlós, sem a nagyméretű, átmenő csomagteret, WC-t stb. igénylő magasépítésű turista autóbuszok számára
   

8. az alapvető teherhordó szerkezet az alváz, amely teherviselés szempontjából úgy van kialakítva, hogy a teljes hajlítóterhelés elviselésére alkalmas, a karosszériának csak a saját funkcióival kapcsolatos erőket, igénybevételeket, és a csavaróterhelést kell felvennie. Az erőbevezetésekből származó terheléseket is teljes mértékben az alváz veszi fel (pl.: futómű, kormány, motor).

Padlóváz

Az autóbuszoknál a padló az, ami közvetlenül felveszi az utasterhelést: tartja az álló utasokat, ehhez rögzítik az üléseket és a kapaszkodók egy részét. Ezt a megfelelő szilárdságú szerkezeti egységet padlóváznak nevezzük. A padlóváz (amely lehet járóközös vagy járóköz nélküli, hátrafelé emelkedő esetleg lépcsővel ellátott) alapvetően egy vízszintes szerkezet, bár sokan (és tulajdonképpen ezzel a szemlélettel is egyet tudok érteni) a padlóváz részének tekintik a lépcsőtereket és a csomagtereket is. A padlóváz a karosszériának fontos része, de sem a főegységek befogadásában, sem az általános teherviselésben nem vesz részt. Padlóvázról klasszikus értelemben csak alvázas autóbuszok esetében beszélhetünk. [1]

Nagyon fontos megjegyezni, hogy ez a definíció csak autóbuszok esetében érvényes! A padlóváz fogalmát személyautók esetében is használják, de ott a buszokhoz képest eltérő szerkezetet jelent.

Önhordó karosszéria

A vázszerkezetben nincs külön tartószerkezet, nincs külön alváz. Az alváz és a felépítmény nem különböztethető meg, illetve nem választható szét egymástól. Az önhordó szerkezet hordozza, összekapcsolja a gépjármű fődarabjait és képes felvenni a járműre ható összes terhelést.[2]

Az önhordó megoldás a könnyűszerkezetekre való törekvés eredménye, ha úgyis szükség van burkolatra a külső hatások (eső, szél, hideg stb.) ellen, akkor az a szerkezeti elem vegyen részt a kocsitest merevségének, ill. szilárdságának a kialakításában is.

Az autóbuszokon jellegzetes a szerkezet alakja: a padló és a tető, valamint az oldalfalak alagútszerű, négyszög keresztmetszetű csövet alkotnak. Ez a „csőszerkezet” igen kiváló csavarónyomatékok felvételére, a hajlítónyomatékot pedig az oldalfalak veszik fel. [3]

Az önhordó járművek szerkezeti elemeinek falvastagsága közel egy nagyságrenddel kisebb, mint a fém alvázak szelvényeinek vastagsága, ezért a nagy, koncentrált erők (pl. futómű vagy motor bekötések) bevezetése az önhordó szerkezetekbe gondos tervezést igényel. [7] Az önhordó szerkezetek balesetbiztonság szempontjából is előnyösebbek, mint az alvázas konstrukciók.

Héjszerkezetű karosszéria

A vázszerkezetet a személyautók mintájára vékony lemezből készült szilárdságilag dolgozó héjszerkezet képezi. Szerkezeti anyaga előnyösen, a belső erőknek megfelelően van elosztva. A busz csőszerű formája igen nagy merevséget biztosít, csavarással és hajlítással szembeni ellenállása kiváló. Utasbiztonság tekintetében is előnyös, mert a keletkező tönkremenetel csak az ütközés helyére korlátozódik.

Hátránya, hogy a vázszerkezeti elemek előállításához komoly présszerszámok szükségesek, ezért nem lehet túl sokféle változatot forgalomba hozni a gyártás átállítása, átszerszámozása nélkül. A héjszerkezetű kocsiszekrény csak korlátozott méretű utastéri és csomagtér ajtókat enged meg, és nem biztosítja a városi és városközi járművek közötti észszerű egységesítést. [6]

 Héjszerkezetű önhordó karosszéria. Ábra: [6]

Fenékvázas kialakítás

1. a fenékváz az önhordó autóbusz padló alatti szerkezeti része

2. adott autóbusztípushoz készül

3. a főegységek beépítését is szolgálja

4. könnyűszerkezetes építésmódú

5. szerkezeti kialakítása, technológiája azonos a felépítményével

6. mind a gyártást, mind a teherviselést tekintve része a vázszerkezetnek és az autóbusznak

Fontos megjegyezni, hogy önhordó autóbuszoknál a fenékváz és padlóváz nem különül el. A fenékváz, lévén egy integráns része a karosszériának, ellátja a padlóváz funkcióit is. [1,5]

Tapasztalataim szerint legtöbbször a padlóváz és a fenékváz fogalmát szokták összekeverni úgy, hogy a padlóváz szót használják, de igazából a fenékváz szerkezetet értik alatta.

Az Ikarus 556/180/557 vázszerkezete

A típuscsalád fenékváza acéllemezből sajtolt, két félből összehegesztett hossztartókból és körkeresztmetszetű acélcsőből, illetve sajtolt és két félből összehegesztett kereszttartókból állt. Ezt a sajtolt önhordó “létra-fenékváz” konstrukciót sem korábban, sem később nem alkalmazták. [9, 10]

Az átmeneti-integrál építésmód

Az autóbuszoknál idővel megjelentek a „hibrid” szerkezetek, az alvázszerű fenékvázak (pl.: Ik 259 ADA, LIAZ 5652 városi autóbusz) és a fenékvázszerű alvázak (pl.: Fiat 418 AL városi alváz, Scania BR116 alváz).  A cél mindkét esetben az volt, hogy ötvözzék az alvázas és önhordó konstrukciók előnyeit és kiküszöböljék hátrányaikat. [1]

Az integrál (kapcsolt, átmeneti, de nevezik vegyes építésű vagy együttdolgozó szerkezetnek is) építésmódot az jellemzi, hogy a felépítmény közvetlenül és mereven rá van erősítve (csavarozva, hegesztve) az alvázkeretre. Ilyenkor tehát az alvázkeret valamivel gyengébbre méretezhető, mert a karosszéria vázszerkezete a terhelés egy részét magára veszi.

A differenciál építésmóddal szemben az integrál építésmód már nem ad teljes szabadságot az alvázkeret vagy felépítmény kialakítására, nem lehet tetszőleges alvázra tetszőleges felépítményt feltenni, viszont súlycsökkenést lehet elérni. [3]

Integrál vázszerkezet alsó része

A saját tömeg kérdése

Az alváz definíciójakor említettük, hogy az többnyire a teljes hajlító terhelés elviselésére méretezett. Mivel a tartószerkezet magassága viszonylag alacsony (200-300 mm) eleve nehezebb szerkezetek adódnak, mint a nagyobb tartómagasságú (450-650 mm) könnyűszerkezetes építésmódú önhordó/fenékvázas buszoknál. A pontos összehasonlításhoz azt is figyelembe kell venni, hogy az alvázas autóbuszoknál a karosszériának szükségszerűen van egy padlóváza, míg az önhordó konstrukciónál ez szerves része a teherviselő vázszerkezetnek. Egy 11m-es alvázas jármű kb. 400-500 kg-mal nehezebb önhordó társánál.

Elterjedt hiedelem/nézet, hogy az alvázas autóbusz erősebb, teherbíróbb, jobban megfelel a rossz útviszonyoknak. Elvileg mind az alvázas, mind az önhordó vázszerkezetekkel biztosítani lehet a megkívánt teherbírás és élettartam jellemzőket. Ez csak megfelelő szilárdsági számítások, mérések és gondos konstrukció kérdése. [1,5]

Csepel autóbusz alvázak

A Csepel Autógyár az Ik60/601/602 és az Ik620/630 típusok számára épített alvázak után (amelyekből összesen kb. 20.000 db készült), a 70-es évek elején áttért az Ik200-as család fenékvázainak gyártására. A 70-es évek közepén viszont – a fejlődő országok irányából érkezett igény kielégítésére – újra alvázak fejlesztésébe kezdtek. Megalkotásra került a 257-es számú orrmotoros autóbusz alváz az akkori magyar autóbuszok hagyományos főegységeivel (Rába motor, Csepel kuplung és váltó, Rába futóművek).  A szériagyártás és szállítás 1984-ben indult meg a kínai piac számára. Ezzel párhuzamosan 1983-ban az Autókut-tal együtt nagyszabású farmotoros alvázcsalád fejlesztési program indult, amely tartalmazta a 9-től 18 méterig terjedő hosszúságú, szóló- és csuklós alvázakat városi és távolsági kivitelben is. [1,5]

 Csepel 257-es orrmotoros alváz és gépészeti komponensei. Ábra: Csepel prospektus

Tervcél

A farmotoros autóbusz alváz fejlesztési programjához kapcsolódóan elkészült a leglényegesebb szempontokat definiáló tervcél is. Ebből csak a témánk szempontjából releváns részt idézem:

Az alvázak szilárdsági méretezésénél, kialakításánál figyelembe vehető a karosszéria részvétele a teherviselésben. Ennek megfelelően a csavarás felvételét teljes mértékben a karosszériára lehet bízni, a hajlításban a karosszéria legalább 30%-os részvételére lehet számolni, az erőbevezetés helyi szilárdsági problémáit azonban teljesen az alvázon kell megoldani. A fenti elveket tudatosan megvalósítva a „Karosszálási utasítás”-ban kell közölni a majdani karosszálóval, hogy milyen – a normál karosszálási technológiától lényegében nem eltérő – lépéseket kell tennie a tervezett és megkívánt alváz-karosszéria együttdolgozás megvalósítása érdekében.

Látható, hogy a fenti tervcél feladta a klasszikus alvázdefiníció néhány alapkövét (önálló teherviselés, függetlenség a ráépítendő karosszériától, stb.) s ezzel igyekezett megszabadulni a klasszikus alvázak néhány jellegzetes hátrányától (nagy önsúly, nagy padlómagasság, kis csomagtér, stb.).

Az elkészült farmotoros alváz szokatlanul rugalmas konstrukció lett, a hossztartók deformációja alváz állapotban (tehát a motor-váltó, hűtő, akkumulátor stb. súlyának hatására) meghaladta a +/- 80mm-t.

A karosszéria teherviselő képességének biztosítására követelményként írták elő, hogy a kereszttartóknak (alváz – oldalfal csatlakozás fontos elemei) olyan merevnek és szilárdnak kellett lenniük, hogy ki tudják vinni az oldalfalakra az oda szánt terhelést (hajlítónyomatékot és csavarást). Számításaik szerint a padlóvázban indokolt a segéd-hossztartók és segéd-kereszttartók alkalmazása. [1,5]

Az alvázcsalád tervezésekor négy különböző magassági mérettel számoltak (városi, elővárosi, távolsági, luxus turista). A negyedik, emelt padlós változatnál a tengelyközben nem feltétlenül kell megtartani a hossztartókat. Ebben az esetben a teherviselést az – átmenő csomagtér kialakítására alkalmas – tengelyek közötti rácsszerkezet („rácsközép”) és az oldalfalak együtt biztosítják.

Merev és “lágy” alvázas autóbuszok felépítményezése

Az autóbusz alvázak felépítményezése, karosszálása többféleképpen történhet:

– az eredeti alváz hossztartók meghagyásával (tengelytáv változatlan marad)

– az alváz hossztartók tengelyek közötti részének kivágásával és rácsszerkezettel való helyettesítésükkel („rácsközép”). A tengelytáv változhat, de akár meg is maradhat.

– a hossztartók kivágására nincs szükség, nem is lehetséges, mert az alvázgyártó eleve rövid tengelytávolságú szerkezetet szállít a felépítménygyártó cég számára. Ebben az esetben nem is „igazi” alvázról, hanem inkább összeerősített mellső és hátsó gépészeti modulról beszélhetünk. Ez a megoldás előnyös a szállítás szempontjából (az “alváz” rövidebb, könnyebb, kompaktabb szerkezet, amelyet szükség szerint más földrészekre kell eljuttatni) és a ráépítendő karosszéria szempontjából is nagy rugalmasságot jelent (különböző tengelytávú, padlómagasságú változatok építhetők ugyanarra az alvázra, persze bizonyos határokon belül).

Összegzés

Láthattuk, hogy az autóbusz vázszerkezeteket három csoportba, kategóriába sorolhatjuk:

– alvázas (differenciál)

– önhordó (ennek egyik alváltozata a fenékvázas önhordó)

– integrál (átmeneti, kapcsolt, vegyes, együttdolgozó)

A köznyelvben „alvázas”-nak nevezett autóbuszok többsége igazából az átmeneti-integrál csoportba tartozik. Azoknál az átmeneti szerkezeteknél pedig, ahol a két tengely közti részen nem hagyományos hossz- és kereszttartókat, hanem rácsközepet találunk, ott a teljes vázszerkezet sokkal-sokkal közelebb áll az önhordó buszokhoz, mint a klasszikus alvázasokhoz.

Véleményem szerint a köznyelvben, a mindennapokban nem tragédia Volvo, Scania, MAN stb alvázasnak nevezni egy átmeneti-integrál felépítésű autóbuszt, de a tervezőknek, gyártóknak, üzemeltetőknek tisztában kell lenniük a pontos fogalmakkal.

A bevezetőben feltett kérdésre pedig, – hogy melyik építésmód a jobb – nem lehet, és nem is kell elkötelezett választ adnunk. Az adott célország, az adott üzemeltető igényei, közlekedési körülményei, útviszonyai, szokásai és tradíciói szerint kell az építésmódot kiválasztani illetve alkalmazni. Az a konstrukció, amely 2019-ben ideális Nyugat-Európában, az nagy valószínűséggel nem lesz optimális az afrikai vagy dél-amerikai utasforgalom számára. Mindhárom építési módnak azonos időben, párhuzamosan, egymás mellett, megvan a létjogosultsága.

Irodalom:

[1] Dr. Várnai Tibor – Dr. Matolcsy Mátyás: Alvázas autóbuszok, autóbusz alvázak

Járművek, Mezőgazdasági Gépek 33. évfolyam, 1986. 9-10. szám

[2] Gion János – Szilvási Bertalan – Tramontini Ferenc: Korszerű gépjárműszerkezetek; Budapest., 1979

[3] http://www.lezo.hu/szerkezettan/kocsitest/ALVAZ/vazszerkezet.html

[4] http://zerkovitz.hu/ikarus31.htm

[5] Dr. Matolcsy Mátyás: A 800-as autóbuszcsalád fejlesztése

Járművek, Mezőgazdasági Gépek 36. évfolyam, 1989. 4. szám

[6] F. L. Picard – E. M. Haug: A korszerű autóbuszok tervezési alapelvei

Járművek, Mezőgazdasági Gépek 15. évfolyam, 1968. 9. szám

[7] Borbás Lajos – Dóra Sándor- Vincze-Pap Sándor: Járműfelépítmények vizsgálata

[8] Mávag (Ikarus) Tr3,5 kiadvány

[9] Gerlei Tamás – Kukla László – Lovász György: Gördülő legendák. Budapest, 2006.

[10] Ikarus 180 prospektus

[11] Wolfgang H. Gebhardt: Deutsche Reiseomnibusse, 2001

[12] https://www.scania.com/hu/hu/home/products-and-services/buses-and-coaches

[13] http://www.manchile.cl/Buses/Chasis-MAN

[14] https://www.volvobuses.hu/hu-hu/our-offering/chassis.html

[15] http://autocart.biz/volvo-b12r/

#autóbuszkarosszériák #műszakicikk #önhordó #alvázas #önhordóautóbusz #alvázasautóbusz