УМЕНЬШЕНИЕ ИНЕРЦИОННЫХ НАГРУЗОК

Процесс удара обычно разделяют на три фазы. В течение первой фазы соударяющиеся тела, сближаясь, деформируются, их кинети­ческая энергия частично переходит в потенциальную, а частично затрачивается на разрушение, перемещение и нагрев деталей. Во второй фазе накопленная потенциальная энергия снова превраща­ется в кинетическую, и тела начинают расходиться. В течение треть­его периода тела не контактируют, их энергия расходуется на прео­доление внешнего сопротивления.

Согласно опытам НАМИ, при наезде автомобиля на неподвиж­ное препятствие длительность первой фазы составляет 0,05—0,1 с, а второй 0,02—0,04 с. Максимальное замедление центра тяжести ав­томобиля при скорости 8,3—14 м/с достигает 45—60g. Средние за­медления для грузовых автомобилей равны 20—25g, а для пасса­жирских (и = 14 м/с) 15—20g. Остаточные деформации пассажир­ских автомобилей после удара о плоскую стенку достигают 400— 500 мм, а грузовых 150—180 мм, что обусловлено большей жестко­стью последних. При ударе о сосредоточенное препятствие (столб, дерево) деформация может быть значительно больше.

Основной причиной разрушения автомобилей и травмирования людей при ДТП являются ударные нагрузки. Эти нагрузки имеют импульсный характер, и хотя действие их кратковременно, они до­стигают больших величин вследствие резкого изменения скорости автомобиля. При встречных столкновениях автомобилей и наезде автомобиля на препятствие замедления особенно большое значение (300—400g) имеют в зоне переднего бампера (рис. 69, а) и уменьша­ются по направлению к задней части автомобиля. Среднее замедле­ние центра тяжести автомобиля может достигать 40—60g. Мгновен­ные замедления J_пах центра тяжести больше средних и состав­ляют 80— lOOg (рис. 69, б). Еще больше замедления тела человека в процессе вторичного удара. Если считать движение равнозамедленным, то при начальной скорости автомобиля v = 20 м/с и деформации его передней части s_a = 0,4 м среднее замедление

J_ср=v²/(2s_а)=400/(2×0,4)=500м/с²»50g

Рис. 69. Изменение замедлений при наезде автомобиля на неподвижное препятствие: а – распределение замедлений по длине автомобиля, б – изменение замедлений по времени

Если при этом рулевое управление под воздействием удара тела водителя переместится на 0,1 м, то замедление тела может достичь примерно 200g и вызвать весьма тяжелые травмы.

Для снижения инерционных нагрузок увеличивают продолжи­тельность деформации деталей. С этой целью создают защитную зо­ну вокруг водителя и пассажиров путем устройства жесткого кар­каса в сочетании с легко сминающимися при ударах передней и задней частями кузова (рис. 70, а). У автомобилей рамной конст-

Рис. 70. Автомобили с легко деформируемыми частями: а – деформируемая передняя и задняя части автомобиля, б – деформируемая рама

рукции ослабляют лонжероны и поперечины, уменьшая их сечение, предусматривая отверстия в слабонагруженных местах или применяя хрупкие материалы, например алюминиевые трубы и брусья, разрушающиеся при ударе. На рис. 70, б показана передняя часть рамы американского автомобиля, деформирующаяся под воздейст-1ем ударных нагрузок.

При встречных столкновениях картер рулевого механизма, установленный на лонжероне рамы, смещается назад, приближаясь водителю. У автомобилей с передним расположением рулевой трапеции это смещение настолько велико, что водитель может по­учить травму уже при первичном ударе. Во время вторичного удара тело водителя деформирует рулевое колесо и входит в контакт со ступицей и рулевым валом. В результате водитель получает тяжелые травмы лица, груди, брюшной полости, а иногда и сердца.

Для защиты водителя ступицу рулевого колеса делают большого диаметра и снабжают упругой оболочкой (рис. 71, а) или утап-ивают ее так, чтобы спицы составляли с плоскостью обода угол не менее 20° (рис. 71, б). На автомобилях «Москвич» для повышения защитных свойств рулевого колеса применена мягкая накладка на боде. Спицы и каркас обода, штампованные из листовой стали, при больших нагрузках изгибаются, в результате рулевое колесо располагается перпендикулярно к направлению удара. В некоторых автомобилях с этой же целью под рулевым колесом размещают гофрированный энергопоглощающий элемент 1типа сильфона рис. 71, в).

Конструкции безопасных рулевых управлений весьма разнообразны. Так, чтобы уменьшить возможность проникновения рулевого колеса внутрь салона, применяют рулевые валы с карданны­ми шарнирами, отклоняющиеся при ударах вверх или в сторону рис. 72, а и б). Для поглощения кинетической энергии тела водителя в рулевой вал, рулевую колонку или в обе эти детали встраи­вают специальные защитные элементы, разрушающиеся или деформирующиеся под действием больших нагрузок. У некоторых авто-нобилей защитный элемент имеет форму перфорированной трубы с ромбовидными отверстиями, расположенную в средней части вала 'рис. 72, в). В последнее время деформируемый элемент делают в виде пластин, приваренных к внутренним концам частей рулевого зала (рис. 72, г).

Рис. 71. Безопасные рулевые колеса: а – рулевое колесо со ступицей большого диаметра; б – тюльпанное рулевое колесо автомобиля «Москвич», в и г – рулевое колесо с гофрированным элементом соответственно до удара и после него, 1 – гофрированный элемент

Безопасное рулевое управление автомобилей «Москвич» 'рис. 72, д) имеет рулевой вал из двух частей. К нижней части рулевого вала приварен короткий вал 2 со шлицами, на которые с натягом напрессована втулка 4 с короткими внутренними шлицами, соединенная с верхней частью вала 5. Втулка имеет сквозные прорези 3, увеличивающие упругость шлицевого соединения и трение 1ри сближении концов вала. Рулевая колонка состоит из трех труб, 11ежду которыми размещены пластмассовые пластины /, повышающие сопротивление сдвигу. Рулевое управление автомобиля ГАЗ-24 «Волга» имеет безопас­ную муфту (рис. 73) с двумя фланцами 2 и 7, закрепленными на ниж­ней 1 и верхней 8

Рис. 73. Рулевое управление автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: 1 и 8 – нижняя и верхняя части рулевого вала, 2 и 7 – фланцы, 3 – шпилька, 4 – пластина, 5 – усилитель, 6 – разрушаемая деталь, 9 – хомут, 10 – рулевая колонка, 11 и 12 - прокладки

частях рулевого вала. Между фланцами установ­лены две предохранительные пластины 4 и эластичная деталь 6 из прорезиненной ткани, прикрепленная к каждому из фланцев шпиль­ками 3 через усилитель 5. При наезде автомобиля на препятствие водитель ударяется о рулевое колесо, фланцы муфты перемещают­ся по скосам, деформируя предохранительные пластины и разру­шая деталь 6. Часть энергии (около 10%) тратится также на переме-

Рис. 72. Безопасные рулевые валы: а – отклоняющийся в сторону, б – откидывающийся вверх, в – с перфорированным защитным элементом, г – с упругими пластинами, д – со шлицевой втулкой, 1 – пластина, 2 – короткий вал, 3 – прорезь, 4 – втулка, 5 - вал

Рис. 74. Безопасные рулевые колонки: а – с упругими пластинами, б – с перфорированным защитным элементом, в – со стальными шариками

щение рулевой колонки 10 по резиновым прокладкам 11 и 12 в хо­муте 9. Сила удара, разрушающая эластичную деталь, не превос­ходит нагрузку, которую может выдержать человек без тяжелых травм.

Энергопоглощающие элементы, соединяющие две части ру­левой колонки, изображены на рис. 74. Эти элементы могут быть выполнены или в виде упругих пластин (рис. 74, а), или в виде гоф­рированной сетки (рис. 74, б). Рулевые валы в обоих случаях со­стоят из двух частей, соединенных между собой с помощью прессо­вой посадки и пластмассовых заклепок, срезаемых при ударах. В кронштейне, крепящем рулевую колонку к кузову, сделаны проре­зи, допускающие перемещение верхней части колонки вперед и препятствующие проникновению ее внутрь салона.

Иногда рулевую колонку делают телескопической (рис. 74, б). Между внутренней и наружной трубами располагают несколько кольцевых поясов закаленных стальных шариков. При продольном перемещении труб шарики вдавливаются в их стенки.