A járműiparban jelenleg nem létezik olyan szériában gyártott jármű, amelyik pótkocsis szerelvényként hibrid, szóló járműként tisztán elektromos hajtású. Az elektromos és szerelvényes üzemben hibrid hajtású pótkocsis járműrendszer egy közlekedési vállalat több igényét is képes egyszerre, többletforrás/többlet-járműpark igénybevétele nélkül kielégíteni. Ugyanakkor a tisztán akkumulátoros üzemben zéró-emissziós üzemmódban képes közlekedni, de hibrid üzemmódban is lényegesen kedvezőbb emissziós adatokkal tud szolgáltatni, hiszen az ezen üzemmódban használatos belső-égésű motor működési zónája is olyan fordulatszám-tartományba állítható be, ahol a legkisebb a károsanyag-kibocsátás.

A Lanta Kft. telephelyén olyan kutatási projekt kezdődött, amely a fenti hipotézis mellett vizsgálja a járműipari kutatási lehetőségeket. Az állami támogatással megvalósuló kétéves projekt első kutatási szakasza 2014. június 30-án zárul. A projekt első szakaszában megkezdődött a gépjármű karosszériájának tervezése. A piaci igényeknek megfelelően meghatározásra került, hogy milyen rendszerű alváz és karosszéria megtervezése szükséges. A tervezés folyamán kiválasztásra kerültek a teherviselő elemek keresztmetszeti, falvastagsági, anyagi tulajdonságai, továbbá a hajtások elhelyezésének helye, azok rögzítésének módja. Kialakításra kerültek a kerekek elhelyezésére szolgáló karosszériaszegmensek. A főegységek összeállítási terveit az alvállalkozóként bevont Auto Rad Controlle Kft. készítette el.

Az autóbusz váz szilárdsági számításainak elvégzéséhez elkészült az autóbusz vázának háromdimenziós modellje, amelyben a valóságnak megfelelően kerültek kialakításra a karosszériát alkotó elemek mechanikai tulajdonságai, az elemek egymáshoz való csatlakozási pozíciója, a csatlakozásának módjai, valamint az elemek anyagi tulajdonságai. Meghatározásra kerültek a roncsolás nélkül bontható és a csak roncsolással bontható kapcsolódási pontok. A modellen lefuttatott ütközésvizsgálat eredményeinek kiértékelését követően sor került az egymáson átmenő elemek csatlakozásának pontosítására, a nem megfelelően elhelyezett elemek pozíciójának javítására és az oldható kötések hozzáférhetőségének biztosítására.

A Kwaklab Kutatóintézet Nonprofit Kft. összehasonlító tanulmány keretében elemezte a különböző elektromos és hibrid hajtások jellemzőit, illetve az akkumulátorok tulajdonságait. Megvizsgálta továbbá a segédüzemi berendezések villamos ellátásának biztosítási lehetőségeit, az elektromos hajtások változatait, illetve az energiatároló rendszereket.

A kutatóintézet elvégezte a végeselem-vizsgálatot. Meghatározásra kerültek az vizsgálat elvégzéséhez szükséges erők nagyságai és támadási helyei. A vizsgálati pozíciók annak fényében lettek meghatározva, hogy a jármű üzemszerű működésének megfelelő legyen. A vizsgálat eredményképpen megállapításra került, hogy az elkészült modell a megválasztott terhelés hatására az megengedhető elmozdulás 20 százalékát érte el, így az elkészített karosszéria tervek megfelelnek a gyártáshoz.

A végeselem-vizsgálat gyakorlati igazolására töréstesztek kerültek elvégzésre, amelyek arra is szolgáltak, hogy tesztelésre kerüljenek a hegesztési varratok és a fémek megfelelő összeolvadási mutatói. A törésteszt eredményei megerősítik a számítógépes szimuláció eredményeit, miszerint a szerkezet kellően erős és megfelelő mértékben ellenáll a rá váró valós terheléseknek.

A kutatási projekt következő munkaszakaszában megkezdődik a prototípus karosszériák fejlesztése, a kiválasztott hajtás beépítése és tesztelése.

A Lanta Kft. telephelyén olyan kutatási projekt kezdődött, amelynek célja pótkocsis szerelvényként hibrid, szóló járműként tisztán elektromos hajtású autóbusz, azaz a DUELBUS megépítése.

A négy munkaszakaszból álló projekt első kutatási szakaszáról hírt adtunk a Lombik 2014 júniusi számában. Ennek során elkészítették a vezető kocsi terveit, a KwakLab Kutatóintézet elvégezte az egyes vázszegmensek töréstesztjeit, illetve az úgynevezett végeselem-számítást, melynek keretében meghatározták a szerkezetet érő hatások, gyorsulás, terhelések következtében fellépő deformációkat és kialakuló feszültség értékeket.

Az Innovációs Alap támogatásával megvalósuló projekt következő szakaszában elkészült a pótkocsi részletes dokumentációja.

A konstrukció fejlesztése során elfogadott néhány irányelv:

– a hátsó túlnyúlás az utolsó üléssor helyigényének megfelelően lett kialakítva;

– a tengelyközben a méret változatlan, annyi változás van, hogy az első kerékdobon elhelyezkedő hátranéző ülések („másfeles”) alatti dobogó keresztben egy kissé beér a folyosóra, de itt nincs átmenő utasforgalom;

– a mellső tengely felett az előbbi padlószintet megtartják, így a tengelykormányzás elhelyezhető;

– a KRONE megoldás kihagyására a csuklós Ikarusokban használt kormányzást (típusok: Ik 180, Ik 280) adaptálják egy hegesztett, négyszög keresztmetszetű vonórúddal.

A gumiabroncs-választék – a 19,5”-os méret engedélyezésével – igen nagy lett. A kormányzott tengelyekre – mellső/hátsó kocsiknál egyaránt – a 225/70, illetve a 245/70 méret jöhet szóba, így a terhelhetőség ~3600, illetve ~4000 kg – ezt majd a végleges konstrukció kialakításakor kell eldönteni. A hátsó tengelyen ezzel a két mérettel maximum ~7200 illetve ~8000 kg. a terhelhetőség.

Hosszabb kocsinál (hiszen hosszabb távon egy komplett járműcsaládban gondolkodnak – akár 10,5 m hosszig is) szóba jön még a 265/70 és a 285/70 méret is.

A normál /70-es sorozat legnagyobb létező mérete – a 305/70, a pótkocsinál alkalmazható a hátsó tengelyre is – teherbírása 9 bar mellett elérheti a 6700 kg-ot, ebben az esetben a hátsó járóköz is tágasabb lehet.

Kisebb mértékben, de tágabb a hátsó járóköz a pótkocsikon alkalmazott 385/55 méretű abroncs alkalmazásával. Ekkor a teherbírás a „D” tengelyen 9 bar mellett 8000 kg – azaz alkalmas mintázat mellett akár a mellső kocsi hajtott tengelyén is szóba jöhet. Az utastérelrendezés ekkor annyit módosul, hogy a hátsó dobon is elhelyezhetők „másfeles” ülések.

A tengelyközi ajtóknál a Lanta Kft. munkatársai a tervezés során a tolóajtó megoldást választották, ami egyre kedveltebb a közösségi közlekedésben, a genfi eredetű VOLVO 7700-asokon, vagy egyes, használtan vett Citarokon a budapesti közlekedésben is alkalmazzák.

A kutatóintézet munkatársai Szűcs Renáta gépész-kutató vezetésével különböző terhelési helyzetekre végeztek el szimulációkat, különféle álló és ülő utasszámot figyelembe véve, a kapott adatok alapján pedig megtörtént a vázelemek méretezése. A tesztelések során a karosszéria egy kritikus eleme a „D” tengely bekötésnél jelentkezett, illetve az oldalvázak ún. „kerékdob” szegmensében.

Beszerzési terv készítése, megrendelések elindítása

A tervek alapján elkészült az anyagszükséglet számítása is, a jármű egyes kocsitestjei mintegy 800 kg különféle méretű rozsdamentes acél zárt szelvényből és mintegy 400 kg rozsdamentes acéllemezből készíthetőek el. Az anyagszükséglet a karosszéria betétezéseit, kiegészítő burkolattartóit, a futóműbekötés elemeit, valamint a vonószerkezetet nem tartalmazza.

Ezekre a karosszéria-kiegészítőkre még közel 100 kg acéllemez számolható, illetve önálló egységként fog jelentkezni a vonószerkezet is.

Az év végén megtörtént a két kocsitest terveinek zsűrizése. A zsűrin a fejlesztésben, gyártásban és beszerzésben résztvevő kollégák döntése alapján az elkészült főtervek és a menet közben javasolt módosítások elvégzése után a kocsitestek gyártása megkezdhető.

A töréstesztek

A terheléses mechanikai vizsgálatokhoz az egyes részegységeket ugyanazon gyártóeszközökben és ugyanazzal a technológiával gyártották le, mint ahogy a végleges szerkezet fog készülni. Voltak olyan elemek, így az oldalváz kerékdobjárat, a fenékváz tengelybekötési pontjai, a hossztartók a motortér körül, valamint az oldalváz üléskörnyezeti szegmense, amelyeket többször is le kellett gyártani a mérések közben kapott eredmények miatt. A többszöri módosítás és újragyártás után végül minden alkatrész és szerkezeti elem szilárdsága és terhelésnek való ellenállása megfelelő lett.

A töréshez a KwakLab speciális hidraulikus nyomató szerkezetét használták, a méréseket elmozdulásmérő órával dokumentálták, a vázszegmens kritikus pontjain pedig úgynevezett bélyegeket (sárga-fekete, kör alakú jelzéseket) helyeztek el.

Összefoglalásul megállapítható, hogy a projekt második fázisában elvégzett munka során helyes fejlesztési irányt választottak, sikerült elérni e fázis célkitűzéseit, ezekre alapozva indítható a fejlesztés következő üteme, a váz-prototípus összeállítása.

Keretes: A végeselem módszer

Ez a számítógépes szimuláció az egyes mechanikai terheléseket valós mérések helyett modellezéssel, parciális differenciálegyenletek közelítő megoldásával helyettesíti. Jellemzően mérnökök használják, a gépészmérnöki és építőmérnöki feladatokkal szorosan összefüggő szilárdságtani és lengéstani számítások elvégzésére. A járműtervezésben a vizsgálandó szerkezetek költséges előállítása miatt elterjedt a módszer használata, ám a törésteszteket, terheléses vizsgálatokat nem helyettesíti teljesen.

A piaci igények/lehetőségek miatt alternatívaként kidolgozásra került a hosszanti, centrális meghajtómotor-beépítés mellett a meghajtómotor oldalirányban eltolt elhelyezésére alkalmas padlószerkezet-konstrukció.

A kétféle hajtómű-elrendezés lehetőségének előnyei:

•  lehetőséget nyújt a meghajtó-egységek szélesebb választékának alkalmazására,
•  lehetőséget nyújt a jármű zéró-emissziós (tisztán elektromos) üzemmódban megtehető távolságának növelésére (többlet-akkumulátortelep beépítés)
•  lehetőséget nyújt dízel/CNG+elektromos (soros-hibrid) hajtáslánc kialakítására is

A (mellső) járműegység meghajtó motorjának a jármű középsíkjából a bal oldalfal felé eltolása nem érinti a hazai előállítású – eredetileg RÁBA 360 típusú – hátsóhíd beszállítójának változását. Az alternatív változatban a merőleges változat helyett a 70°-os behajtású – RÁBA 361 típus – kivitel kerülhet beépítésre.

A futóművek beépítése konstrukciója – a moduláris felépítésű mellső- és pótkocsi esetében – a lehető legnagyobb mértékben egységes kialakítással készült. Ez azt is jelenti, hogy a pótkocsi hátsó futóművének későbbiekben kormányzott hídtesttel való felváltására is alkalmas a padlószerkezet geometriája, a légrugók beépítésének kialakítása.

A gépészeti térben elvégzett változtatások – azok alkalmazása esetében – hatással vannak a pótkocsi mellső alvázvégződésének, kormányzásának kialakítására, a vonószerkezet beépítési magasságára is. Az ennek megfelelően módosított pótkocsi főtervben alkalmazott pótkocsi-kormányzás mind a jelenleg tervezett merev kormányzott futómű, mind a későbbiekben a mellső járműtaggal azonos független felfüggesztésű mellső futómű-egység alkalmazását lehetővé teszi.

Mind pótkocsi, mind a mellső kocsi kialakítása önállóan is alkalmas közlekedésre. A pótkocsin tervezett vonószerkezet olyan formában, kivitelben került specifikálásra, hogy az nem csak a Duel-Bus rendszerben, de más, pótkocsi vontatására alkalmassá tett városi autóbusszal/trolibusszal összekapcsolva is alkalmazható időszakos utaskapacitás-növelésre, mivel a kapcsoló- és kormányszerkezet a nehézgépjárművek szabványos kapcsolószerkezetével kompatibilis.

Első sorban a pótkocsi áttervezett padlószerkezete, de a mellső kocsi padlószerkezete is olyan gépészeti kialakítással rendelkezik, mely mindkét esetben számos ülő/álló-utas arány kialakítását lehetővé teszi az ülésezés változatai révén. Ezen túl a pótkocsi esetében lehetőség van a mellső kocsihoz képest mintegy 500 mm-rel megnövelt tengelytáv alkalmazására – így a befogadóképesség

Kihívások, amelyek a projektet generálták:

• emisszió-mentes közlekedés támogatása,
• rugalmas alkalmazkodás a változó közösségi közlekedési igényekhez.

A projekt tárgya – a DUELBUS

Egy olyan jármű-szerelvény vázszerkezetének megtervezése és vizsgálata , amely jármű:

• szóló üzemmódban tisztán elektromos járműként, tisztán akkumulátoros hajtással üzemel,
• szerelvény üzemmódban a pótkocsiba beépített diesel/generátor egység állítja elő a szerelvény mozgatásához szükséges többlet-energiát,
• szállítható utasok száma ~45 fő >>> 100 fő között a napi közlekedési igényekhez alakítható.

A projekt jelenlegi állása

Megtörtént a hajtási rész elemeinek kiválasztása, de menet közben a piaci igények módosulása miatt ezekben változtatásokat végeztünk (hajtó motor típusa, elhelyezése, jármű hatósugarának növelése – akkumulátor tömegének növelése).

Ezek alapján elkészítettük, illetve módosítottuk a főterveket.

Elkészültek a vezető kocsi és a pótkocsi részletes tervei.

Véges-elem számításokat végeztünk a konstrukció szilárdsági ellenőrzésére, illetve lefolytattuk a terv-zsűriket.

A konstrukció ismeretében elkészítettük a beszerzési tervet, elindítottuk a vázszerkezet gyártásához szükséges anyagok megrendelését.

A töréstesztekhez részegységeket gyártottunk és elvégeztük a törésteszteket.

A váz fődarabokhoz (padlóváz, oldalvázak, tetőváz, homlok- és hátfalak) megtörtént az alkatrészgyártás.

Ezek után az összeállított fődarabokból állítottuk össze a karosszéria vázszerkezetét hegesztéssel, amit varratmegmunkálás és vázegyengetés követett, illetve a két kocsitestet összekötő vonószerkezet prototípusát is elkészítettük.