Dassault - SolidWorks
Siemens
Google překladač: English Deutsch

Exkluzivní partner sekce

Siemens
NAFEMS - idiada
Geotronics - Bezpilotně
SIEMENS - virtuální výroba
RedHat

GOPAS - CAD kurzy

Více kurzů

StreamTech.tv

streamtech tv-logo

CAD systém nápomocný při úpravě vozidla Off-road

Autor článku: Milan Hanečák, Michal Fabian, Branislav Duleba   

Tags: automobil | CAD | karoserie | náprava

off-road00Dnešní doba nám nabízí mnoho zábavy, která se nám mnohokrát stane koníčkem. Převážně majetnějším stačí peníze, aby si koupili jachtu nebo drahé auto. My skromnější si musíme pomoci svým „selským" rozumem a zrealizovat si svůj sen hlavou a vlastníma rukama. Tuto „zajímavější a těžší cestu" popisuje následující článek.

Dytron


Zdolávání překážek

Mladí lidé jsou známi tím, že se rádi poperou s vytčeným problémem. Překážky s tím spojené je formují a nutí přemýšlet, jak je zdolat. Někdo má rád rychlost, někomu může učarovat i adrenalinová pomalá jízda. Výška adrenalinu v případě soutěží off-roadových automobilů je závislá na obtížnosti terénu, se kterým se musí jezdec a vozidlo vypořádat. A o to jde, jak překonat nepřekonatelné terénní překážky terénním vozidlem. Sériovým terénním vozem zřejmě ne. Tušíte správně, řeč bude o úpravě lehkého terénního vozu na „opravdový" Off-road. A to, že lidově řečeno z původního řešení nezůstane „kámen na kameni", resp. součástka na součástce, vám bude jasné po přečtení tohoto článku. A samozřejmostí je i fakt, že tato úprava proběhla i s asistencí CAD systému, v tomto případě CATIA V5.

Trocha teorie a pojmů na úvod

U automobilů tohoto druhu se kladou největší požadavky na podvozek, tuhost rámu podvozku a bezpečný přenos krouticího momentu na kola náprav v širokém rozsahu otáček motoru. Jednodušeji řečeno, vozidlo musí mít kola zavěšena v tuhém rámu podvozku, který ještě vyztužuje bezpečnostní klec karosérie. Nápravy musejí mít možnost velkého úhlu křížení se tak, aby kola byla v stálém kontaktu s terénem (obr. 2).

off-road01Obr. 1 Základní parametry podvozku a karosérie automobilu [1]

Rozvor náprav: Vzdálenost dvou náprav, resp. vzdálenost os kol dvou náprav (obr. 1 – parametr C).

Převis: Přední převis je vzdálenost mezi svislou rovinou procházející středy předních kol a nejvzdálenějším bodem přední části vozidla (obr. 1 – parametr B). Zadní převis je vzdálenost mezi svislou rovinou procházející středy zadních kol a nejvzdálenějším bodem zadní části vozidla (obr. 1 – parametr D).

Rozchod kol: Rozchod se přibližně shoduje se vzdáleností středu otisků pneumatik kol téže nápravy na vodorovné vozovce (obr. 1 – parametr A).

Světlá výška: Je to vzdálenost nejnižšího pevného bodu podvozku automobilu od základny (obr. 1 – parametr E).

Nájezdový úhel: Je to úhel sevřený mezi vodorovnou rovinou a rovinou tečny k pneumatikám procházející nejnižším koncovým bodem předního (obr. 1 – úhel ?) nebo zadního převisu (obr. 1 – úhel ß).

off-road02Obr. 2 Příklad křížení náprav [2]

off-road03
Obr. 3 Rám podvozku terénního vozidla [3]

No a jelikož vozidlo řídí člověk, tak musí splňovat i určité bezpečnostní předpisy. V tomto směru je nejdůležitější bezpečnostní klec, která chrání jezdce tím, že vyztužuje karosérii.

off-road04Obr. 4 Bezpečnostní klec vozidla

Hlavní oblouk: Trubkový jednodílný příčný oblouk, téměř vertikální, umístěný napříč vozem bezprostředně za předními sedadly (obr. 4, odkaz A).

Přední oblouk: Identický s hlavním obloukem, ale jeho tvar kopíruje tvar sloupků čelního skla a horního okraje okna (obr. 4, odkaz B).

Boční oblouk: Jednodílný trubkový oblouk umístěný z pravé a levé strany vozidla. Jeho přední sloupek kopíruje sloupek čelního skla, zadní je téměř svislý, umístěný za předními sedačkami (obr. 4, odkaz C).

Podélná vzpěra: Je to podélná jednodílná trubka, která spojuje horní části předního a hlavního oblouku.

Příčná vzpěra: Je to příčná jednodílná trubka, která spojuje části bočních oblouků (obr. 4, odkaz D).

Diagonální vzpěra: Spojuje jeden z horních rohů hlavního oblouku, nebo jeden z okrajů příčné vzpěry v případě bočního oblouku s dolní upevňovací deskou proti oblouku.

Upevňovací deska: Je přivařena k okraji trubky oblouku a umožňuje její přišroubování nebo přivaření ke skeletu, resp. rámu podvozku (obr. 8, odkaz E).

Zavěšení kol: V krátkosti něco k zavěšení kol. Z obr. 2 je zřejmé, že jejich namáhání je extrémní, a to vyžaduje i speciální zavěšení. Z různých možností zavěšení zmíníme jen zavěšení, které našlo uplatnění v našem projektu přestavby sériového vozu na opravdový Off-road. Jedná se o zavěšení One-link (obr. 5), které bylo použito k uložení přední i zadní nápravy. Tento druh zavěšení se využívá zejména u těžkých strojů v zemědělství a lesnictví. Náprava je uchycena na trojúhelníkové konstrukci, která je s rámem spojena jedním čepem uprostřed. Toto řešení zabezpečuje nejlepší tuhost. Perfektní je možnost využití krytování podvozku a téměř neomezené křížení náprav. Nevýhodou je poměrně velká hmotnost. Pojištění proti bočnímu posuvu je zajištěno panhardskou tyčí.

off-road05Obr. 5 Řešení zavěšení nápravy způsobem One-link

Převody: Vzhledem k tomu, že poháněna jsou všechna kola, za pozornost stojí i zmínka zpřevodování vozidla. U všech vozidlech kategorie Off-road se využívají dvě převodovky, kde první nebo jinak nazývaná hlavní převodovka se neliší od obyčejných převodovek a má buď 4, nebo 5 rychlostních stupňů vpřed a jeden vzad.

Druhá převodovka, tzv. rozdělovací, rozděluje náhon na zadní nápravu, přiřazení předního náhonu a redukci. Rozděluje točivý moment mezi přední a zadní nápravu v poměru 50:50. Redukce se využívá jako pomalý převod do těžkého terénu, redukuje otáčky a zvyšuje krouticí moment většinou v poměru 1:2. Takové je standardní uspořádání převodovek u Off-roadů, existuje však množství variant mezinápravových diferenciálů, redukcí a spojek.

Nápravy: V konstrukci automobilů tohoto typu se většinou používají nápravy tuhé. My jsme se rozhodli pro tzv. nápravu portálového typu. Tyto nápravy se od obyčejných liší tím, že mají v nábojích reduktory (převody), které kromě redukce převodového poměru zvyšují i světlou výšku automobilu. Ozubenými koly v nábojích kol se mění točivý moment, čímž se snižuje namáhání poloos nápravy. Osa nápravy je vyšší, než je osa kola, tím pádem se zvyšuje světlá výška a průjezdnost terénem. Toto zavěšení měla i všem známá Praga V3S a pamětníci vědí, že kde neprošla „vétřieska", tam už neprošlo nic.

off-road06
Obr. 6 Porovnání tuhé nápravy a tuhé portálové nápravy [4]

Pravidla soutěže

Aby nám bylo jasné, k čemu nám bude vozidlo sloužit, bude rozumné v krátkosti zmínit pravidla Off-road trialu. Off-road trialu se mohou zúčastnit pouze vozidla s pohonem všech čtyř kol. Soutěž trvá od dvou do tří dnů. Pro každou kategorii je na každý den připraveno minimálně pět trialů. Jednotlivé trialy mají 5 branek a na ujetí od jedné branky ke druhé je stanoven časový limit pět minut. Svalení branek, minutí branky, převrácení, případně nesplnění časového limitu se trestá body. Vítězem je v kategorii posádka s nejmenším počtem trestných bodů.

Vozidla mohou startovat v pěti skupinách. Tyto skupiny se odlišují bezpečnostními podmínkami, stupněm aplikovaných úprav, náročností tratí:

  • Skupina O (originál, originální vozy)
  • Skupina S (standard, sériové vozy)
  • Skupina M (modiffied, vylepšené vozy)
  • Skupina PM (pro-modiffied, značně upravená vozidla)
  • Skupina P (prototypy)

Objekt úprav

Celý projekt vycházel z úpravy sériového staršího vozidla Suzuki Samurai, ačkoli nakonec mnoho původního z něj nezbylo.

off-road07Obr. 7 Objekt úprav Suzuki Samurai

Majitel vozidla se rozhodl pro úpravu pro-modified, tedy pro značné úpravy. Aby nám bylo jasné, z čeho se vycházelo, uvedeme pár charakteristických parametrů:

  • Motor: 1,3 benzín, karburátor, 47 kW
  • Pneumatiky, disky: 205/75/R15
  • Světlá výška pod diferenciálem: 200 mm
  • Světlá výška pod středem vozidla: 300 mm
  • Nájezdové úhly před/zad: 50°/45°
  • Stoupavost: 45°
  • Boční náklon: 43°
  • Šířka/délka/výška: 1465 mm / 3355 mm / 1665 mm
  • Rozvor: 2030 mm

Úpravy, na kterých se nepodílelo modelování v CAD, budou zmíněny jen textově. Jednalo se o nahrazení původního motoru za vznětový motor Mitsubishi Pajero 2,5 TD. Dále byly vyměněny obě převodovky: hlavní i redukční. Původní nápravy byly nahrazeny nápravami z vozidla Mercedes Unimog. Toto všechno však bylo třeba umístit do rámu, který byl již navrhován pomocí CAD.

CAD podpora návrhu

Původní rám vozu byl značně vyztužen odstraněním původních příčných nosníků a jejich nahrazením masívnějšími profily. Také byly dodány čtyři příčníky na zvýšení tuhosti a byl vyhotoven trubkový „nášlap", který chrání boky spodní části karosérie. Rám byl v přední části prodloužen o 150 mm a v místě za sedadly byl rám přiříznut, vyztužen a prodloužen o 300 mm, čímž došlo ke zvětšení rozvoru a změně polohy těžiště. Také bylo třeba získat potřebné místo pro aplikaci masívnějších náprav z UNIMOGu. Rám byl modelován v prostředí Part Design a Generative Shape Design softwaru CATIA V5 (obr. 8).

off-road08a

off-road08bObr. 8 3D model vyztuženého rámu

Podobně byl zpracován i návrh bezpečnostní klece (obr. 9), která byla vyhotovena v první řadě z bezpečnostních důvodů a z důvodu zvýšení celkové tuhosti rámu a karosérie. Rám a klec byly navrženy z profilů obdélníkového, resp. kruhového průřezu. V CADu byly vymodelovány i tlumiče, kvůli analýze kolizí v sestavě (obr. 10). Z modelu byla vygenerována výkresová dokumentace, která posloužila při výrobě rámu (obr. 11).

off-road09
Obr. 9 Návrh klece, rámu a jeho realizace

off-road10
Obr. 10 Návrh tlumičů a jejich umístění na nápravě

off-road11

Obr. 11 Výkresová dokumentace

Výsledek s parametry

To, že nám vzniklo „seriózní monstrum" schopné se poprat s každým terénem, je zřejmé z následujících obrázků (obr. 12) a níže uvedených parametrů.

  • Motor: 2,5 Turbodiesel Mitsubishi Pajero, 78 kW
  • Pneumatiky, disky: 11,5 x 85xR15, 3 (290x85xR15, 3)
  • Světlá výška pod diferenciálem: 410 mm
  • Světlá výška pod středem vozidla: 650 mm
  • Nájezdové úhly před/zad: 85°/80°
  • Stoupavost: 55°
  • Boční náklon: 50°
  • Šířka/délka/výška: 2050 mm / 3550 mm / 2100 mm
  • Rozvor: 2450 mm

Tyto údaje říkají, že snaha nebyla marná. A zřejmě to není poslední verze vozidla. V hlavách se už rodí další nápady.

off-road12Obr. 12 Výsledkem snažení byl úspěch v soutěži.

Článek byl vypracován v rámci řešení grantové úkoly projektu VEGA 1/0356/11.

Literatura

[1] SMC Cars Blueprints forum,
[2] T&T Customs,
[3] Throttle Down Kustoms Mandrel Bent Replacement Jeep Frames,
[4] Westfield 4x4, Unimog parts service,
[5] Stanová, E., Olejníková, T.: Zobrazovacie metódy v deskriptívnej geometrii, Košice: TU, SvF, 2009, 213 s., ISBN 978-80-553-0186-0
[6] Fedorko, G., Molnár, V.: Catia základy projektovania, 1. vyd., Košice : TU – 2006. – 105 s. – ISBN 80-8073-648-0
[7] Daneshjo, N., Svetlík, J., Rovňáková, S.: CAx technology in design. In: Výrobné inžinierstvo. Č. 1 (2010), s. 77–79. – ISSN 1335-7972
[8] Mareš, A., Senderská, K.: Ergonomické moduly programu CATIA V 5 a ich aplikácia. In: JOSRA: Journal of Safety Research and Applications. Vol. 4, no. 2 (2011), p. 1–7. – ISSN 1803-3687


Mohlo by vás zajímat:
 

Komentáře  

 
# A aky bocny naklon to znesieGuest 2013-07-24 07:08
?
Odpovědět | Odpovědět citací | Citovat
 
 
# Bocny naklonGuest 2013-07-24 08:08
toto vozidlo znieslo náklon 50° a stúpanie ak bola dobrá adhézia 60°
Proste niečo nenormálne, znieslo vravím preto, že už je zasa prestavané ...
Odpovědět | Odpovědět citací | Citovat
 

Přidat komentář

Bezpečnostní kód
Obnovit