Каркас безопасности для автомобиля

Каркас безопасности спортивного автомобиля

К нам часто обращаются с вопросами «как построить каркас безопасности?» и «из чего изготовить каркас безопасности?». К сожалению, в одной статье полностью этот вопрос раскрыть невозможно, т.к. существует большое количество практических нюансов, описания которых хватит на довольно толстую книгу. Поэтому мы остановимся лишь на основных моментах, которые позволят Вам с самого начала двигаться в правильном направлении и не совершить фатальных ошибок на старте. Зная основные принципы постройки каркасов безопасности, Вам останется лишь аккуратно воплотить задуманную конструкцию в жизнь.

Зачем нужен каркас безопасности?

Основное назначение этой конструкции – предотвращать серьезные деформации кузова автомобиля при перевороте или столкновении и тем самым сохранять Вам жизнь и здоровье. Каркас безопасности – это пространственная конструкция, жестко связанная с силовыми элементами кузова, и ее задача – сохранять жизненное пространство внутри даже при самой жесткой аварии, чтобы деформирующиеся детали кузова не нанесли вам увечий.

Существует две разновидности таких конструкций – сборно-разборная (или болтовой каркас) и цельносварная. Болтовой каркас безопасности можно установить, не внося серьезных изменений в салон автомобиля. Наиболее продуманные конструкции позволяют даже сохранить неприкосновенным салонный пластик.

Что бы ни рассказывали Вам маркетологи и продавцы подобных конструкций, болтовой каркас из-за обилия разъемных соединений не обладает достаточной жесткостью, чтобы полноценно защитить пассажиров автомобиля. Поэтому такая конструкция не может использоваться в автомобилях, предназначенных для спортивных соревнований. Она может служить скорее элементом дизайна авто, пусть и несколько увеличивающим жесткость кузова.

Для практического применения представляют интерес исключительно сварные каркасы безопасности. Их установка требует полной разборки салона и вмешательства в конструкцию кузова автомобиля. К сварным каркасам предъявляются жесткие требования, отклонение от которых приведет к тому, что автомобиль не будет допущен к выходу на трассу.

Из чего изготавливаются каркасы безопасности?

Требования и описание конструкции каркасов безопасности спортивных автомобилей приведены в ст.253 часть 8 Приложения «J» к Международному Спортивному Кодексу ФИА (МСК ФИА). Правила использования каркасов безопасности и основные конструкции каркасов описаны в Приложении №14 к КиТТ РАФ. Рекомендуем начать изучение конструкций с Приложения №14, а за подробными разъяснениями обращаться к Приложению «J».

Элементы каркасов безопасности условно можно разделить на основные и вспомогательные. Основные элементы (на схеме ниже выделены серым цветом) создают «фундамент» защитной клетки, который дополнительно усиливается вспомогательными элементами. Вспомогательные элементы (на схеме – белые) изготавливаются из более тонкой трубы, что позволяет снизить общую массу конструкции без ущерба для защитных свойств.

Все элементы выполняются из круглой стальной холоднокатаной бесшовной трубы. Материал трубы Ст20. Основные элементы каркаса безопасности выполняются из трубы 45 х 2.5мм ИЛИ 50 х 2мм. Вспомогательные элементы из трубы 38 х 2.5мм ИЛИ 40 х 2мм.

Диаметр применяемых труб и масса каркаса безопасности

Средняя масса готового каркаса безопасности составляет 40-50 кг. По понятным причинам эту массу хотелось бы уменьшить. Применяемая для основных деталей труба 50 х 2мм легче, чем 45 х 2.5 на 10%. Применяемая для вспомогательных деталей труба 40 х 2мм легче трубы 38 х 2.5 на 15%. При этом масса основных деталей каркаса в среднем составляет не более 40% от общей массы готовой конструкции, а на вспомогательные детали приходится оставшиеся 60%.

Логика подсказывает, что если использовать более легкие трубы, то это положительно скажется на массе конструкции. Возьмем за точку отсчета массу каркаса безопасности 50кг и будем считать, что он выполнен из более тяжелых труб (45 х 2.5мм и 38 х 2.5мм). Переход на более легкие трубы позволит сэкономить примерно 2 кг на основных деталях (50кг * 0.4 * 0.1 = 2 кг) и приблизительно 4.5 кг на вспомогательных деталях (50кг * 0.6 * 0.15 = 4.5 кг).

Таким образом общая экономия массы по оптимистическим оценкам составит примерно 6.5кг (2 кг + 4.5кг = 6.5кг), что является довольно скромным результатом в масштабах автомобиля.

В реальной ситуации выигрыш будет еще меньше. В большинстве случаев масса каркаса безопасности все же ниже 50кг, и кроме деталей из труб в конструкции присутствуют всевозможные накладки, косынки и усиления, чья масса останется неизменной. Это позволяет нам утверждать, что размер применяемых при постройке каркаса безопасности трубы не оказывает значительного влияния на его массу. Поэтому не имеет большого значения, какие именно из труб, указанных в Приложении «J», использовать.

Используйте те трубы, которые проще купить в Вашем регионе, и которые Вы можете согнуть с помощью доступного Вам инструмента. Гораздо важнее сама конструкция каркаса, т.к. количество использованного материала и число элементов конструкции влияет на массу сильнее.

Каркас безопасности для автомобиля

Warning: Use of undefined constant php — assumed ‘php’ (this will throw an Error in a future version of PHP) in /home/h811184817/autonovice.ru/docs/wp-content/themes/vw-writer-blog/template-parts/single-post-layout.php on line 20
—>

Рекомендуется к прочтению  Надежность автомобилей

Что такое каркас безопасности и для чего он нужен. По официальной формулировке, каркас безопасности – это пространственная конструкция, предотвращающая серьезные деформации кузова при столкновении или перевертывании автомобиля. Собранная внутри автомобиля из круглых стальных труб, конструкция, крепится к кузову изнутри и предназначена для сохранения жизненного пространства пассажиров и водителя при аварии. Каркас увеличивает прочность и жесткость автомобиля, от его сложности зависит степень усиления безопасности автомобиля. Это может быть простая бугель-арка над головами водителя и пассажира или сложный пространственный скелет, объединяющий пороги и боковины, чашки передней и задней подвески, а также клетку безопасности самого салона в одну силовую структуру.

Требования и стандарты при изготовлении каркаса безопасности

При изготовлении каркаса безопасности к его конструкции и материалам предъявляются жесткие технические требования. Каркас безопасности спортивного автомобиля может быть омологированный или неомологированный. Все изготавливаемые каркасы должны отвечать требованиям FIA. Если фирма-изготовитель отступает от технических требований, устанавливаемых FIA, каркас должен быть подвергнут процедуре омологации – согласованию технологии изготовления, конструкции и применяемых материалов с представителями FIA. Омологации подлежат также каркасы, изготовленные с отступлениями от предписанной FIA схемы, а также при креплении их сваркой. Каркасы, не подлежащие омологации (неомологированные), имеют определенную конструкцию, изготавливаются из определенной стали и труб определенных размеров, устанавливаются при помощи болтовых креплений.

Пример каркаса автомобиля

Какой применяют материал

В качестве материала для каркаса безопасности применяется сталь, в редких случаях – алюминий. Вес среднего каркаса безопасности равен 25-40 кг и более, размер труб – 45х2,5; 40х2,0 см. Трубы каркаса часто окрашивают в яркие цвета, сверху наносят защиту. Для обшивки элементов каркаса применяют поролон или вспененную изоляцию ярких цветов. Это делается для эстетики и безопасности тех, кто усаживается в автомобиль.

Каркас безопасности, устанавливаемый методом сварки, представляет собой неразборную конструкцию, в отличие от каркаса, укрепляемого болтами, который является разборным и может быть деинсталлирован. Разборный каркас крепится к боковой стойке, к порогу и полу. Ввариваемый каркас имеет сложную конструкцию, связан с силовой структурой кузова, используется в серьезном индивидуальном тюнинге. Каркасные коробки изготавливают для двух- или четырехдверных кузовов. Установка сложного каркаса превращает автомобиль из 4-5 местного в двухместный. Создаются также определенные трудности с обзорностью. Если для обычной машины установка каркаса может быть излишней, то для спортивного автомобиля это необходимая деталь, без которой не допустят к соревнованиям.

Каркасу безопасности отводится большое значение в серийных автомобилях. Напимер, у Mercedes-Benz SL-класса (R126) за спинками сидений имеются своеобразные дуги безопасности. При превышении крена кузова выше отметки 26, происходит их автоматическое выстреливание за 0,3 с в рабочее положение. Таким образом обеспечивается защита голов водителя и пассажиров. Применяются также и отдельные усилители кузова, дополнительные лонжероны, косынки, полоски, уголки, особенно в местах установки подвесок.

4 комментариев на “Каркас безопасности в автомобиле”

К большому сожалению, на автомобилях низкой ценовой категории каркас безопасности (даже если он есть в заводском варианте) очень низкого качества. Ставить же его отдельно на автомобили китайского или отечественного производства очень проблематично из-за низкого качества металла кузова.

Для безопасности во время движения конечно желательно было бы иметь каждому водителю в своем автомобиле каркас безопасности, потому что никто не застрахован от дорожно-транспортных происшествий, как на машинах высокого, так и среднего класса. Ну а обязательно конечно надежно обеспечить это в гоночных авто.

Каркас безопасности не помешает любому автомобилю и любому, даже самому хорошему и опытному водителю, жаль, что они не входят в базовую комплектацию большинства машин, но что говорить о каркасе безопасности, если некоторые водители игнорируют самые обычные ремни безопасности.

К сожалению, безопасный каркас ставится только на автомобили, которые используются в гоночных целях. В данных суровых условиях кузов автомобиля испытывает запредельные перегрузки и каркас безопасности – единственное спасение для машины и водителя. В обычных авто каркас не нужен. В нем просто нет необходимости. Современные автомобили прекрасно переносят нагрузки, а в случае ДТП автовладельца спасет подушка безопасности. Хотя есть «Кулибины», которым удалось впихнуть каркас безопасности в салон авто. Выиграл от этого автомобиль – думаю, нет. А вот трубы в салоне авто однозначно нарушат комфортное вождение. Единственное, что можно смонтировать на автомобиль – растяжку-распорку. Она будет спрятана под капотом и не испортит общий вид транспортного средства, хотя польза от этой детали, несомненно, будет. Кузов приобретет дополнительную жесткость, что положительно скажется на управлении автомобилем. Деталь имеется в свободной продаже, устанавливается самостоятельно.

Каркасы безопасности и жесткость кузова

Каждый спортсмен, занимающийся автоспортом (в свое удовольствие или профессионально), обязан повысить безопасность автомобиля. Ни одна салонная машина не рассчитана на нагрузки, с которыми кузов сталкивается на гонках. Чтобы на высоких скоростях, при столкновении водитель не получил серьезные травмы, в салон устанавливают каркас безопасности (safety cage).

Из материала вы узнаете об особенностях этой конструкции, разновидностях и их отличиях. Ознакомитесь с технической документацией, и прочей полезной информацией по теме.

Что такое каркас безопасности

Каркас безопасности представляет собой конструкцию, состоящую из стальных труб. Монтируется внутри транспортного средства, после чего прикручивается или приваривается к кузову в ключевых точках. Основная задача каркаса – придание дополнительной жесткости.

Пространственный каркас безопасности предотвращает серьезную деформацию кузова при перевороте или столкновении транспортного средства с другими объектами. Необходимость монтажа конструкции продиктована международным регламентом спортивной ассоциации FIA, а также рядом других контролирующих органов.

Рекомендуется к прочтению  Как выбрать ортопедические чехлы на автомобильные сидения

Жесткость кузова

Жесткость кузова современных автомобилей являет собой важный параметр, от которого зависит его безопасность. Чем меньше жесткость кузова, тем быстрее в нагруженных местах начнут появляться трещины, усталость металла.

С другой стороны, при попадании в дорожно-транспортное происшествие, кузов с небольшим запасом жесткости деформируется сильнее. Это увеличивает вероятность смертельного исхода при одинаковой скорости по сравнению с машиной, у которой этот показатель на порядок выше.

Кроме того, этот параметр характеризует общую прочность транспортного средства, степень пассивной безопасности и долговечности. Кузов является несущей конструкцией всего автомобиля, навесных элементов, пассажиров и перевозимых грузов.

Если жесткость на кручение недостаточная, при проезде по неровностям машина начинает «играть». Это приведет к неправильной работе подвески, непрогнозируемому ее поведению на высокой скорости. Кручение нужно снизить настолько, насколько это вообще возможно.

Главный параметр, опираясь на который, специалисты проводят тестирование – жесткость кузова на кручение вдоль продольной оси. Задача определить, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы вызвать деформацию на 1 градус. Измеряется жесткость в Нм/градус.

Наиболее жесткими считаются автомобили с однообъемной компоновкой кузова, когда силуэт напоминает форму куба, например минивэны. Куда меньшее сопротивление имеют двух и трехобъемные кузова. Большое количество дверей также снижает показатель. Самая низкая жесткость у автомобилей с открытым верхом.

Таблица значений жесткости кузова

МодельЖесткость (Нм/гр)
Koenigsegg Agera R65000
Koenigsegg Agera58000
ВАЗ-21106 (гоночный) Желтая акула51800
Bugatti Veyron50000
Audi A8 D445000
Porsche Cayman 98142000
Mercedes S-Class W22240500
Rolls-Royce Phantom40500
Audi R840000
Lexus LFA39130
BMW 7 series F0137500
BMW F1037500
VW Phaeton37000
Bentley Flying Spur mk236500
Audi A8 D336000
Lamborghini Aventador35000
Ferrari F5034600
Porsche 911 Turbo 99734000
Range Rover mk332500
VW Passat B632400
BMW Z4 Coupe mk132000
Alfa Romeo 15931400
BMW 7 series E6531200
Porsche 911 Carrera S 99130400
Mazda Rx-830000
Mercedes E-Class W21229920
Aston Martin Vanquish28500
Koenigsegg CC-828100
BMW X5 E7028000
Land Rover Freelander 228000
Mercedes S-Class W22127500
Lancia Kappa Coupe27350
Ford GT27100
Aston Martin DB9 Coupe27000
Mazda CX-527000
Pagani Zonda F27000
Porsche 911 Turbo 99627000
Pagani Zonda C12 S26300
Porsche Carrera GT26000
Audi A8 D225000
BMW F3025000
Porsche Panamera25000
VW Golf V GTI25000
Mini 200324500
Alfa Romeo 16624400
Bentley Continental Supersports24000
BMW E3924000
BMW E6024000
Seat Leon 200523800
Mazda CX-723700
BMW X5 E5323100
Lamborghini Gallardo23000
Peugeot 40722700
Toyota Prius 200122700
BMW E9022500
Audi TT Roadster mk222000
Jaguar X-Type Sedan22000
Saab 43533 Sedan mk222000
Ford Mustang 200521000
Saab 43533 Sportcombi mk221000
Chrysler Crossfire20140
Lamborghini Murcielago20000
Volvo S60 mk120000
Fiat Punto 3d19700
Ford Focus 3d mk119600
Mercedes SL R23119400
Audi TT Coupe mk119000
Bugatti EB11019000
ВАЗ-2180 Лада Веста19000
Alfa Romeo 147 3d18800
Alfa Romeo 15618800
Volvo S80 mk118600
Opel Combo 199918500
Bentley Azure18000
Maserati Quattroporte 200818000
Mercedes SLS Roadster18000
Pagani Zonda Roadster18000
Ford Focus 5d mk117900
Volkswagen Fox 200717900
Alfa Romeo MiTo17650
BMW E3417200
Citroen Picasso mk117000
Ford GT40 MkI17000
Mercedes SL R23016400
Jaguar X-Type Estate16300
Alfa Romeo 147 5d16250
Ford Mustang 200316000
Jaguar XK mk216000
Aston Martin DB9 Convertible15500
Mazda Rx-7 FD15000
Ferrari 575M Maranello14700
BMW Z4 Roadster mk114500
Daewoo Nubira 199714500
ВАЗ-21109 Консул14300
Renault Twingo 199514200
BMW E46 Wagon14000
McLaren F113500
Porsche 911 Turbo 99313500
BMW E46 Sedan13000
Opel Omega 199913000
ВАЗ-2191 Лада Гранта седан13000
Porsche 95912900
BMW E46 Coupe12500
ВАЗ-2110612200
ВАЗ-2123 Шеви-Нива12000
ВАЗ-2170 Лада Приора12000
Audi A211900
Opel Astra 4d 199811900
Opel Astra 5d 199811700
ВАЗ-2191 Лада Гранта лифтбек11700
Porsche 911 Turbo 996 Convertible11600
Saab 43533 Cabriolet mk211500
ВАЗ-1119 Лада Калина хэтчбек11000
BMW E36 Touring10900
Fiat Bravo10600
BMW E46 Convertible10500
BMW Z810500
Daewoo Lanos 3d 199710500
Lotus Elise S2/ Exige 200410500
Opel Astra 3d 199810500
Toyota Corolla 3d 199510500
ВАЗ-21108 Премьер10500
Audi TT Roadster mk110000
Renault Sport Spider10000
ВАЗ-2120 Лада Надежда10000
ВАЗ-1117 Лада Калина универсал10000
Ford Mustang Convertible 20059500
Chevrolet Corvette C59100
Fiat Brava9100
ВАЗ-21213 Нива8900
Opel Vectra 4d 19998800
Ferrari 360 Spider8500
ВАЗ-211028400
Nissan Sunny 3d 19958200
ВАЗ-210838200
ВАЗ-21128100
Opel Corsa 3d 19998000
Peugeot 206 CC8000
ВАЗ-21108000
Lotus Elan7900
Dodge Viper Coupe mk27600
Toyota Starlet 5d 19957600
Nissan Prairie 4×4 5d 19957500
ВАЗ-21117400
ВАЗ-2131 Нива7400
ВАЗ-21057300
ВАЗ-21077200
ВАЗ-1111Э Ока7000
Dodge Durango mk16800
ВАЗ-210936800
Fiat Tempra6700
Ford Fiesta 3d 19956500
Opel Corsa 3d 19956500
ВАЗ-21066500
ВАЗ-210436300
Lotus Esprit SE Turbo5850
BMW Z3 mk15600
ВАЗ-210995500
ВАЗ-21155500
Ford Mustang Convertible 20034800
ГАЗ-М20 Победа4600
Ford Maverick 5d 19954400
Nissan Micra 19954000
МЗМА-400 Москвич2500
Рекомендуется к прочтению  Как проходит проверка безопасности автомобилей Рено?

В быту автовладелец также может столкнуться с проблемой жесткости. Например, при поддомкрачивании автомобиля, или заезде одним колесом на препятствие. Из-за кручения навесные элементы кузова (двери, капот) начинают плохо открываться. Причина как раз в недостаточной жесткости кузова.

Способы увеличения жесткости

Увеличение показателей жесткости кузова достигается не только путем приваривания или прикручивания каркаса, существуют и менее радикальные способы.

Навесные усилители жесткости

При выпуске нового автомобиля, рассчитывается в том числе и жесткость его кузова. Производитель закладывает необходимый запас жесткости, но если транспортное средство не предназначено для автогонок, то ожидать от него чудес не стоит.

Самый простой и доступный способ – установка усилителей жесткости, в народе распорок или «УЖей». Делятся на три типа:

  • Верхний УЖ. Является связующим звеном между стаканами, делая их положение фиксированным. Распорка распределяет нагрузку между стойками, создавая единый механизм.
  • Нижний УЖ. В процессе прохождения неровных участков дороги не позволяет лонжеронам расползаться. Вместе нижняя и верхняя распорки значительно повышают жесткость, создавая раму.
  • Задний УЖ. Увеличивает жесткость задних стаканов, распределяя между ними нагрузку.

Кроме этого существует масса дополнительных усилителей для конкретных марок и моделей автомобилей: подрамные, распорки вдоль порогов, на крылья (косынки), каркас под бампер — башбар (bash bar).

Установка распорок не относится к способу подготовки автомобиля к участию в автогонках, разве что на любительском уровне.

Усиление кузова

Это уже более продвинутый способ увеличения жесткости, весьма трудоемкий и затратный в финансовом плане.

При интегрированном усилении, места точечной сварки обвариваются дополнительно. Точки крепления агрегатов и особо нагруженные места кузова, усиливаются дополнительными слоями металла. Особое внимание уделяется зонам деформации, предусмотренным производителем. На эти места ввариваются косынки и перемычки.

Однако, для подготовки к участию в профессиональных спортивных дисциплинах, потребуется установка каркаса.

Виды каркасов

С конструктивной точки зрения, каркас безопасности бывает двух видов – болтовой и вварной. Рассмотрим каждую разновидность поподробнее.

Болтовой каркас безопасности

Также называется сборно-разборным. Крепится к боковым стойкам, порогам и полу при помощи болтов. В любой момент конструкцию можно полностью разобрать. Как правило, болтовый каркас пользуется популярностью среди начинающих автогонщиков, а также владельцев, использующих транспортное средство в комбинированном режиме – для повседневной езды и участия в соревнованиях.

Устанавливая такой каркас нужно выбирать качественный крепеж. Если болты будут плохими, при аварии конструкция может отстегнуться и повредить водителя.

Вварной каркас безопасности

Чтобы при помощи каркаса безопасности получить жесткость кузова, регламентированную правилами автомобильных ассоциаций, нужно внимательно изучить ряд приложений.

Приложение J

Являет собой официальный документ, выпущенный международной автомобильной федерацией FIA (Fédération Internationale de l’Automobile). https://www.fia.com/

Правила повышения безопасности кузова каркасным методом прописаны в статье 253. Там указаны технические параметры каждого элемента конструкции, используемого в «клетке». Читать перевод статьи в формате PDF.

Источник http://www.raf.su/kst/category/74-prilozheniya-j (там же переводы других статей данного приложения).

Приложение 14

Разработано Российской автомобильной федерацией. Являет собой регламент, устанавливающий использования автомобильных каркасов безопасности. Актуален для тех, кто планирует соревноваться в отечественных чемпионатах. Ознакомиться с приложением.

Каркас безопасности своими руками

Как показывает практика, самой удобной платформой для постройки спорткара является отечественный кузов ВАЗ. Разработать и воплотить в реальность конструкцию каркаса можно и самостоятельно.

При изготовлении «клетки», в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 8734-58, используется стальная труба двух сортаментов – 45х2,5 и 40х2,0 см. Сталь должна быть нелегированной, с содержанием углерода не более 0,3%. Это нужно для того, чтобы каркас был достаточно гибким и не лопался при деформации.

Также придется обзавестись трубогибом, чтобы придавать рабочему материалу оптимальную форму под нужным углом, поскольку нагрев категорически запрещен. При изгибе труба все равно будет плющиться, и разница между меньшим и большим диаметром не должна превышать 10%.

Чтобы точно отрезать и подогнать трубу, можно воспользоваться сервисом http://metalgeek.com/static/cope_big.pcgi После того как программа сделает развертку, нужно распечатать ее на принтере и перенеси на трубу.

Каркас лучше всего делать как можно ближе к кузову. Это позволит сохранить больше пространства для водителя и максимально повысить жесткость.

Варить лучше на аргоном или полуавтоматом. Основные точки сварки – стойки крыши, пороги. Используются как продольные элементы с левой и правой стороны кузова, так и косынки с накладками для повышения жесткости центральных стоек при боковом столкновении.

Косынки в омологированной конструкции обязательно должны иметь отверстия для инспекции сварного шва.

Обратите внимание на схему создания системы безопасности автомобиля ВАЗ, начиная с «копейки» и заканчивая «семеркой».

Если вы планируете принимать участие в соревнованиях на профессиональном уровне, забудьте о самостоятельном изготовлении. Придется покупать омологированный каркас. Это конструкция, прошедшая официальные испытания, качество которой гарантирует производитель. Она обязательно должна быть сварной и отвечать всем требованиям, предъявляемым официальными организациями.

Источник https://www.bigbender.ru/karkas-bezopasnosti-dlya-sportivnogo-avtomobilya

Источник http://autonovice.ru/a98.htm

Источник https://auto-self.ru/karkasy-bezopasnosti-i-zhestkost-kuzova/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: