Рама легкового автомобиля

У автомобилей с несущим кузовом функции рамы либо выполняет сам кузов, либо рама (или заменяющие ее подрамники) конструктивно объединена с кузовом и не может быть от него отделена без нарушения структурной целостности. Обычно кузов крепится к раме при помощи кронштейнов на болтах с толстыми резиновыми прокладками, служащими для уменьшения уровня вибраций.

К раме автомобиля крепятся все агрегаты: двигатель, трансмиссия, мосты, подвески. Вместе они образуют шасси. Рамное шасси представляет собой законченную конструкцию, которая может существовать и передвигаться отдельно от кузова.

В настоящее время рамные шасси применяют главным образом на тракторах и грузовых автомобилях, но в прошлом многие легковые автомобили также имели рамное шасси. Отдельную раму часто имеют и «жесткие» внедорожники.

Различают следующие виды рам: лонжеронные, периферийные, хребтовые, вильчато-хребтовые, несущее основание, решетчатые (они же трубчатые).

Лонжеронная рама с Х-образной поперечиной

Лонжеронные рамы состоят из двух продольных лонжеронов и нескольких поперечин, называемых «траверсами», а также креплений и кронштейнов для установки кузова и агрегатов.

Форма и конструкция лонжеронов и поперечин могут быть различными; различают трубчатые, К-образные и Х-образные поперечины. Лонжероны, как правило, в сечении представляют собой швеллер, причем длина сечения обычно меняется: в наиболее нагруженных участках высота сечения зачастую увеличена. Они могут располагаться и параллельно, и под некоторым углом друг относительно друга.

Периферийные рамы

Иногда рассматриваются как разновидность лонжеронных. У такой рамы расстояние между лонжеронами в центральной части увеличено настолько, что при установке кузова они оказываются непосредственно за порогами дверей. Так как в местах перехода от обычного расстояния между лонжеронами к увеличенному рама ослабляется, в таких местах добавляют специальные коробчатые усиления, в англоязычных странах называемые термином torque box.

Это решение позволяет существенно опустить пол кузова, разместив его полностью между лонжеронами, а следовательно — уменьшить общую высоту автомобиля. Поэтому периферийные рамы широко применялись на американских легковых автомобилях начиная с шестидесятых годов. Кроме того, расположение лонжеронов непосредственно за порогами кузова весьма способствует повышению безопасности автомобиля при боковом ударе.

Хребтовые рамы

Этот тип рамы был разработан чехословацкой фирмой «Татра» в двадцатые годы и является характерной конструктивной особенностью большинства ее автомобилей.

Главным конструктивным элементом такой рамы является центральная трансмиссионная труба, жестко объединяющая картеры двигателя и узлов силовой передачи — сцепления, коробки передач, раздаточной коробки, главной передачи (или главных передач — на многоосных автомобилях), внутри которой расположен тонкий вал, заменяющий в этой конструкции карданный. Необходима независимая подвеска всех колес.

Преимущество такой схемы — высокая крутильная жесткость; кроме того, она позволяет легко создавать модификации автомобилей с различным количеством ведущих мостов. Однако ремонт заключенных в раме агрегатов крайне затруднен. Поэтому такой тип рамы применяется очень редко, а на легковых автомобилях совершенно вышел из употребления.

Вильчато-хребтовые рамы

Разновидность хребтовой рамы, у которой передняя, иногда задняя части представляют собой вилки, образованные двумя лонжеронами и служащие для крепления двигателя и агрегатов.

В отличие от хребтовой рамы, картеры узлов силовой передачи как правило (но не всегда) выполняются отдельными, при необходимости в нем используется обычный карданный вал. Такую раму имели в числе прочих представительские автомобили «Татра» от Т77 до Т613.

К этому же типу часто относят и Х-образные рамы, которые некоторыми источниками рассматриваются как разновидность лонжеронных. У них лонжероны в центральной части очень сильно приближены друг к другу и образуют закрытый трубчатый профиль. Такая рама использовалась на советских автомобилях «Чайка» ГАЗ-13 и ГАЗ-14 высшего класса.

Несущее основание

Эта рама объединена с полом кузова для повышения жесткости.

Такую конструкцию имели в числе прочих «Фольксваген Жук» и автобус ЛАЗ-695. В настоящее время эта схема считается достаточно перспективной благодаря возможности на одном и том же несущем основании строить самые разные автомобили, как на платформе.

Решетчатые

Также называются трубчатыми (tubular frame) или пространственными (spaceframe).

Решетчатые рамы имеют вид пространственной фермы, обладающей очень высоким отношением крутильной жесткости к массе (то есть они легки и очень прочны на кручение).

Такие рамы применяют либо на спортивных и гоночных автомобилях, для которых важна малая масса при высокой прочности, либо на автобусах, для угловатых кузовов которых она очень удобна и технологична в производстве.

Когда же заходит речь о технологии ремонта, нередко возникает вопрос о том, как ремонтировать или менять элемент, являющийся по своим конструктивным особенностям несущим. Например, рассмотрим фронтальную под углом деформацию передней части автомобиля, при которой деформированы передняя панель, капот, крыло, брызговик и лонжерон. Из них в данном узле можно выделить два съемных элемента – крыло и капот – и три или более сварных – рамка радиатора, брызговик, лонжерон. Во время проведения ремонтных работ деформированных элементов необходимо обеспечить функции, заложенные производителем (симметрия конструкции, симметрия формы кузова и его элементов, безопасность пассажиров во время движения и прочее).

Поэтому, если принимаем ремонт брызговика и крыла, тогда капот, рамка радиатора и лонжерон должны быть заменены. При замене капота есть возможность контроля за отремонтированной поверхностью крыла в месте примыкания к капоту, контроля расположения рамки радиатора при ее замене и примыкания к ней отремонтированного брызговика. При замене рамки радиатора существует возможность контроля геометрии проема капота, правильности примыкания брызговика к верхней части.

При замене лонжерона надо обеспечить проч­ность данного узла, ослабленного ремонтом брызговика и крыла. В этом случае необходимо учитывать, что условно к крылу и брызговику будет применен ремонт без нагревания и сваривания. В случае если к одному из ремонтируемых элементов будет применено нагревание для усадки металла или сваривание разрыва или технологического разреза, то другой элемент должен быть заменен новым. В данном случае наиболее целесообразно с экономической точки зрения выполнить замену крыла. Если же принимается решение о ремонте лонжерона в сборе, то есть самого лонжерона П-образной формы с незначительным подогревом, то при правке должен быть заменен усилитель, будь то отдельный усилитель, являющийся усилителем брызговик или иной элемент.

Необходимо также помнить, что хотя заводом-производителем конструкционная выносливость элементов кузова запроектирована на коэффициент безопасности n = 1,3–1,5, а для краев корпуса, которые поддаются совокупному действию турбулентных сил, образованных коробкой передач и колесами во время движения, коэффициент безопасности равен даже 1,5–2,0, не имея надлежащего оснащения, технологических карт и диаграмм распределения нагрузок при ДТП, мы не можем определить, как фактор ремонта повлияет на безопасность пассажиров при деформации в дальнейшем.

Учитывая, что технология ремонтных работ должна привести выносливость отремонтированных частей автомобиля в соответствовие с неремонтированными, идеальным вариантом ремонта данного узла будет замена всех элементов, которые невозможно исправить без применения нагревания или сваривания технологических разрезов.

Пример ремонта лонжерона на рамном автомобиле

Правый лонжерон под полом пассажирского сиденья поражен сквозной коррозией до такой степени, что кронштейны рычагов переднего моста не только не способны выполнять свои функции, но и отрываются.

Для ремонта куплен б/у лонжерон с брызговиком, из которого были вырезаны нужные части.

Для того чтобы надежно поставить подпорку под порог, его пришлось заменить, а также частично заменить пол.

После этого снимаются рычаги переднего моста, поврежденная часть лонжерона вырезается и заменяется. Работа это непростая, потому что вырезы для распределения нагрузки сделаны сложными, иногда доступ к ним для сварки затруднен, а накладывать швы необходимо с обеих сторон.

На фото показан усилитель пола, на который приваривается накладка, привариваемая к лонжерону.

Привариваем ремонтные части к полу, защищаем швы герметиком со всех сторон.

На все ремонтируемые места наносим антигравийное покрытие, проводим внутреннюю антикоррозионную обработку порога и лонжерона и получаем результат ремонта.

Если результатом столкновения автомобиля стала значительная деформация, сначала необходимо снять механические агрегаты – только так можно тщательно выправить складки и заменить детали, которые ремонту не подлежат. Кроме того, это позволит снять остаточные напряжения, которые могут возникнуть и оставаться после правки. При движении автомобиля остаточные напряжения могут вызвать напряжения в креплениях амортизаторов и втулок, а иногда и их разрывы.

Но в некоторых случаях предварительное выпрямление кузова с установленными механическими агрегатами может облегчить доступ к агрегатам, подлежащим снятию, например к двигательному агрегату у автомобилей с передним приводом, к переднему или заднему мосту. В данном случае необходимо позаботиться о замене крепежных болтов и амортизаторов. Эту операцию выполняют на стенде.

Если удар в передний или задний полумост вызвал деформацию основания кузова, можно также произвести выпрямление кузова, фиксируя (зацепляя) механизм растяжки за механические агрегаты, как, например, обода колес или рычаги подвесок, получившие деформацию. Правка производится в направлении, прямо противоположном удару. Выполнение такой операции возможно лишь в том случае, когда удар пришелся непосредственно в передний или задний полумост, и его замена необходима.

Также обязательно надо заменить шаровые опоры и рулевые тяги. Правка с помощью домкрата или иного гидравлического механизма применяется для восстановления формы или выпрямления деформированной детали. Однако, приступая к работе, не стоит забывать, что при очень резкой правке детали кузова может произойти деформация соседней зоны. Поэтому при растяжении, т. е. одновременно с действием домкрата, рекомендуется сопровождать восстановление линейности кузова выстукиванием складок. А после проведения вытяжки с помощью домкрата необходимо снять все внутренние напряжения посредством выстукивания (с помощью рихтовочного молотка) всего участка, подвергшегося правке.

Чтобы быть уверенным в том, что впоследствии не произойдут обратные перемещения выправленных участков кузова, обусловленных остаточными напряжениями, выстукивание поверхности производят через деревянную подкладку в направлении удара. Если при этом выпрямленный кузов не изменяет свою форму, то операция правки выполнена правильно. В противном случае следует снова произвести правку до получения геометрии в пределах допусков, установленных изготовителем автомобиля.

Если автомобиль получил боковой удар, это вызывает деформацию основания кузова, сопровождающуюся уменьшением длины кузова со стороны поврежденной поверхности, которую легко определить. При правке на стенде исполнитель должен учесть это обстоятельство. На практике правка осуществляется растяжкой в двух направлениях одновременно: боковой и продольной, что обеспечивает возможность восстановления первоначальной геометрии основания кузова.

Примером восстановления боковой поверхности является выправка средней стойки, которую обматывают тянущей цепью. Для предохранения стойки от повреждения и равномерного распределения усилия между стойкой и цепью прокладывают деревянную планку.

Продольное растяжение, выполняемое одновременно с боковым, может производиться различными способами. Если деформация сосредоточена в нижней части кузова, производят непосредственную выправку основания, закрепляя зажимы за отбортовку порогов. Домкрат помещается между двумя зажимами и под давлением перемещает их в продольном направлении по мере осуществления одновременной боковой растяжки. Если деформация сосредоточена в верхней части кузова, растяжка производится в продольном направлении с передней и задней частей кузова.

Работы по выправлению и проверке новых лонжеронов обязательно должны быть произведены на точном оборудовании, которое имеется только в мастерских.

В любом случае диагностику геометрии лучше всего производить на хорошем оборудовании, о выборе которого речь пойдет в следующем номере.

При подготовке статьи использованы материалы из открытых источников в соответствии с GNU Free Documentation License.