Как выбрать раму для полуприцепа

Грузовой автомобиль начинается с рамы. Это самый ответственный элемент его конструкции. Именно конструкция и материал рамы определяют назначение и возможности техники. Если рама сконструирована неудачно, требует дополнительных расходов энергоресурсов при ее изготовлении, не отвечает растущим нормативам качества, имеет низкую ремонтоспособность, она неизбежно сойдет с капризного рынка.

Огромное значение имеет также материал, из которого изготовлено изделие. Если это дешевая, недостаточно жесткая сталь, или, наоборот, слишком дорогая, это снижает конкурентоспособность машины. Ведь главным требованием современного машиностроения является наивысшее качество по наименьшей цене.

Приспособить раму в процессе производства к каким-то новым требованиям практически невозможно. Она может совершенствоваться только в очень узких границах, созданных конструкторами в самом начале производства. Если рама поддается конструктивным изменениям-меняется весь автомобиль. То есть в автопроме все начинается с рамы.

Приведем только 2 примера рам, уникальность которых не раз спасала автомобильный бренд во время рыночных штормов. Это гениальное и неповторимое творчество чешских инженеров — позвоночная рама знаменитой «Татры» и рама украинского КрАЗа. Их аналогов в европейском (и постсоветском) автопроме не было, нет и не скоро появится. Критика на их адрес — это попытки штучно обесценить неоспоримые и очень специфические преимущества этих машин. На счет КрАЗа, то это пока единственный автомобиль, рама которого изготавливается не из гнущегося профиля, а катанного. Что делает его намного крепче. Даже самый мощный российский автопром так и не смог потеснить КрАЗ со своего рынка, потому что только он способен выдержать 25-тонный автокран, больше всего востребованный в самых разнообразных сферах производства. Благодаря раме КрАЗ и выжил в самые трудные времена.

Для прицепной техники значение рамы не менее принципиальное. Какая рама — такой и полуприцеп, и никакими красками, надстройками, усовершенствованными тормозами и подвесками не перескочить технические характеристики рамы, которые определяют базовые эксплуатационные возможности полуприцепа. В этой области тоже есть свой «уникум» — немецкая прицепная техника «Kоgel»: она легче как минимум на полтонны по сравнению с ближайшим конкурентом.

Узнать, от чего зависит качество, надежность, ремонтоспособность, а также стоимость рам разных марок автомобильной и прицепной техники, обычно непросто.

Нередко выходит так, что в прайсе — полуприцеп, в полуприцепе — рама, а что в раме — никто не знает. И на что обращать внимание, куда смотреть, чтоб не покупать «кота в мешке», может подсказать только специалист, который имеет соответствующие знания и опыт в материалознавстве, в т.ч. в металлургии.

Поэтому мы и обратились за советом к одному из передовых ученых Украины в области инженерного материалознавства, а именно, в сфере автомобилестроения — доктору технических наук, профессору Харьковского национального автомобильно-дорожного университета, заслуженному деятелю науки и техники Украины Светлане Дяченко.

-Светлана Степановна, по каким параметрам следует оценивать раму полуприцепа?

-Во-первых, по методу соединения ее элементов. Рама может быть клепаемой или сварной. Я — за сварные рамы. Заклепка — слабое место металлоконструкций, которые поддаются значительным динамическим нагрузкам. Клепаемые соединения потерпают от них больше, чем сварные, особенно в тяжелых дорожных условиях. Даже наименьшее ослабление заклепки приводит к попаданию в место соединения воды и соли, что активизирует процесс разрушения, и в результате заклепка разбивает гнездо. А ремонт клепаемого соединения — дело достаточно затратное. На мой взгляд, клепаемые рамы — отголосок технологий вчерашнего дня. Сварка намного продуктивнее и дешевле. Тем более, что ее методики постоянно совершенствуются.

— Но ведь, наверняка, большое значение имеет и качество материалов, а именно, марка стали, из которой изготовлена рама?

— Безусловно. При выборе стали для сварной рамы важно обращать внимание на такое ее свойство, как свариваемость. Этот показатель определяет склонность металла кобразованию трещин в процессе охлаждения после сваривания. Причины их возникновения — напряжения, которые появляются из-за локального нагрева, и структурные изменения в металле.

Опасным местом в сварном соединении является область, которая непосредственно прилегает к зоне сплавки, в которой металл нагревается до температуры около 1200-1400 ®С. Это сопровождается значительным ростом зерен металла — возникает зона перегрева, которая склонна к хрупкому разрушению. Другой опасной зоной является участок, который нагревается в интервале температур структурных превращений (720-850®С).

При охлаждении в этой зоне формируются неоднородные структуры, которые уменьшают прочность металла и увеличивают его хрупкость. Чтобы избежать возникновения трещин в сварном соединении, нужно предотвратить рост зерна в зоне перегрева и возникновение хрупких структур при охлаждении.

По существующим стандартам различают 4 качественных степени свариваемости стали: хорошая, удовлетворительная, ограниченная и плохая. Свариваемость ухудшается с повышением содержания в стали углерода и легированных элементов, поскольку они способствуют возникновению хрупких структур в интервале структурных превращений. Для хорошей свариваемости количество углерода не должно превышать 0,25%, содержание легированных элементов также ограничивается. То есть степень свариваемости зависит от химического состава стали. Существует даже отдельная группа так называемой свариваемой стали.

— Сварные рамы из стали марки St 460. Что это значит?

— Буква Е в названии марки указывает на выплавку стали в электропечи, что гарантирует малое количество вредных примесей (фосфора — до 0,035%, серы — до 0,03%), а цифра — это предел текучести в Мпа (Н/кв.мм). Согласно стандарта, такая сталь содержит 0,2% углерода, 0,1-0,6% кремния, 1-1,7% марганца, около 1% никеля и 0,3% хрома. При таком составе хрупкие структуры при сваривании не образовываются, а никель еще и уменьшает склонность стали к хрупкому разрушению.

Но самое главное, что такая сталь содержит небольшое количество (сотые части процента) ванадия, молибдена, ниобия и азота, благодаря чему образовываются мелкие частички стойких химических соединений этих элементов с углеродом и азотом (карбонитриды), которые сдерживают рост зерна. Эта группа называется «сталь с карбонитридным укреплением», поскольку в следствие измельчения зерна и присутствия мелких частичек существенно (на 30-35%) увеличивается их прочность. Это позволяет в некоторых случаях отказаться от проведения специальной укрепляющей обработки — необходимые свойства могут быть достигнуты непосредственно после прокатывания ускоренным охлаждением.

Такая сталь, по сравнению с другой, дает еще одно преимущество — она наследственно мелкозернистая, то есть при повторном нагревании до высоких температур зерно растет очень медленно и после охлаждения остается мелким. Поэтому ее использование для сварных соединений гарантирует сохранность высоких свойств в зоне термического воздействия и отсутствие возникновения трещин. Именно из такой стали изготовлены рамы полуприцепов Kogel.

— Как можно проконтролировать качество ремонтных сварочных работ?

-В первую очередь, следует поручить эту операцию сварщику с достаточным уровнем квалификации, чтобы он мог правильно выбрать электрод и использовать правильный режим сварки. Качество его работы можно проверить, во-первых, визуально. Шов должен быть сплошным, без пор и разрывов. Существую также доступные и недорогие приборы для люминесцентного или магнитного контроля. С их помощью можно выявить трещины на поверхности и близко к поверхности металла. Конечно, дефекты могут быть и внутренние, но если указанными методами они не выявлены, их присутствие в глубине маловероятно.

— Насколько качество стали зависит от производителя? Мы знаем бренды, которые сложились исторически — дамасская сталь, японская, шведская.. Почему именно шведская сталь стала самой известной в Европе?

— Качество стали очень зависит от степени ее загрязнения вредными примесями, в первую очередь, серой и фосфором. Так сложилось, что шведы издавна использовали при выплавке стали не кокс, а древесный уголь, который практически не включает в себя эти элементы.

Кроме того, чистота метала зависит от руды. В зависимости от месторождения, в ней могут быть разные вредные примеси, и для получения чистой стали используют специальные добавки (так называемый флюс), которые связываются с примесями и выводят их в шлак. Получение стали высокого качества — это сложный технологический процесс, при котором контролируется не только содержимое элементов, но и их распределение в расплаве. Регулируется и процесс кристализации метала при изготовлении заготовок.

Раньше металлургия считалась искусством. И каждый мастер хранил свои секреты. В наше время, когда металургическое производство оснащенное «умными» контролирующими приборами и компьютеризировано, качество стали определяется культурой производства и, конечно, расходами на ее изготовление.

Могу сказать, что фирмой Kоgel сталь для рам выбрана, на мой взгляд, очень удачно. Она удовлетворяет требования прочности, оставаясь при этом достаточно пластичной. Хорошо сваривается, не образует хрупких структур, ремонтопригодная. Обеспечивает оптимальное соотношение цены и эксплуатационных качеств