CC BY
47
ml. bryg. mgr inz. Adam GONTARZ
Zaklad-Laboratorium Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Przeciwpozarowych CNBOP
NOWOCZESNE PODWOZIA I KABINY STOSOWANE W SAMOCHODACH POZARNICZYCH -
WADY I ZALETY
Streszczenie
Nowelizacja przepisow i norm mi^dzynarodowych w zakresie emisji spalin, bezpieczenstwa biernego i czynnego wymusila na producentach podwozi wprowadzenie nowych rozwi^zan konstrukcyjnych. Lawinowo wzrosla ilosc nowych ukladow elektronicznych, pneumatycznych i hydraulicznych oraz urz^dzen automatyki. Zmiany te obj^ly rowniez samochody pozarnicze budowane obecnie na bardzo nowoczesnych podwoziach. Wzrosly tez oczekiwania uzytkownikow, ktorzy jednak na tym etapie nie s^ w stanie przewidziec wszystkich konsekwencji wynikaj^cych ze stosowania nowoczesnych technik.
Summary
The amendment to the international regulations and standards in the scope of the emission of traffic fumes and passive and active safety forced the manufacturers of the chassis to introduce new solutions in design. The quantity of new electronic, pneumatic and hydraulic systems as well as automation devices has risen rapidly. That changes also covers fire engines which are currently constructed with application of very modern chassis. The expectations of users have risen as well, but in that stage they are not able to predict all the consequences resulting from using modern technologies.
Wst^p
Stosownie do przyj^tej terminologii samochodem pozarniczym nazywamy samochod przystosowany do transportu osob, wyposazenia (przenosnego i/lub zamontowanego na stale) i/lub srodkow gasniczych, uzywany do zwalczania pozarow i/lub ratownictwa. Roznorodnosc zadan stawianych przed jednostkami strazy pozarnej powoduje, ze samochody pozarnicze maj^. rozn^. konstrukcj§ i wyposazenie, co jest podstaw^. ich klasyfikacji i podzialu.
W zakresie podziatu i oznaczenia samochodów pozarniczych, obowi^zuje norma PN-EN 18461:2000 „Samochody pozarnicze. Podziat i oznaczenie". Wedtug normy, poza podziatem na grupy, pojazdy pozarnicze kwalifikuj^ siç do jednej z trzech klas (lekkiej, sredniej i ciçzkiej) oraz do jednej z trzech kategorii (miejskiej, uterenowionej i terenowej).
Taki podziat sprawia, ze straz pozarna dysponuje obecnie bardzo szerokq, gamq, pojazdów pozarniczych o masach rzeczywistych od 2500 kg do 32000 kg, wystçpuje bardzo duza róznorodnosc konstrukcji, zarówno w czçsci podwoziowej, jak i nadwoziowej oraz wyposazeniu dodatkowym montowanym na state.
Na kolejnych íotograíiach przedstawione zostaty róznorodne samochody pozarnicze zbudowane na nowoczesnych podwoziach
Fot. 1. samochód ratowniczo-gasniczy
Fot. 2. samochód sprzçtowy ratownictwa chemicznego
Fot. 3. drabina mechaniczna
Fot. 5. lekki samochód dowodzenia
Fot. б. samochód do przewozu kontenerów wymiennych
Konstrukcje podwozi samochodów pozarniczych
Samochody pozarnicze budowane s^. na podwoziach pojazdów produkowanych seryjnie, o odpowiednio dobranych zespolach i parametrach lub - rzadziej - na podwoziach specjalnych. Podwozia mog^. miec wzmocnione zawieszenia (resory, amortyzatory), przystosowane do dlugotrwalego statycznego obci^zenia. Jak wiadomo wiçkszosc czasu samochody te przebywaj^ w garazach, obci^zone mas^ sprzçtu i/lub mas^ srodków gasniczych. Waznym elementem, ze wzglçdu na wysoko umieszczony srodek masy, który w ciçzkich samochodach ratowniczo-gasniczych dochodzi nawet do wysokosci 1615 mm [9], jest odpowiedni dobór sztywnosci dr^zków stabilizatorów przechylów bocznych. Mala ich sztywnosé powoduje niebezpieczne kolysanie poprzeczne pojazdu podczas jazdy, szczególnie po drodze z wyrobionymi koleinami. W samochodach pozarniczych najczçsciej stosuje siç podwozia dwuosiowe, z napçdzanymi kolami tylko tylnej osi (uklad 4x2) lub napçdzanymi kolami obydwu osi (uklad 4x4), o rozstawach osi od 2900 mm do 4550 mm. Podwozia trzy- i czteroosiowe wykorzystuje siç glównie pod zabudowç samochodów przewoz^cych duze ilosci srodków gasniczych, lub przeznaczonych do poruszania siç po podlozach o malej przyczepnosci (drogi gruntowe, bezdroza), lub czasami w nosnikach kontenerów.
Ryc. 1. Rodzaje stosowanych ukladów napçdowych w samochodach pozarniczych
W samochodach pozarniczych dominujq, glównie niezawodne zawieszenia mechaniczne (resory piórowe, sprçzyny, rzadziej walki skrçtne), jednak mozna równiez spotkac konstrukcje z zawieszeniami pneumatycznymi lub hydropneumatycznymi.
Rozwi^zania pneumatyczne wystçpujq, w samochodach z drabinq, mechaniczn^ i/lub podnosnikiem hydraulicznym, rzadziej w samochodach do transportu kontenerów, a obecnie -stosowane jeszcze sporadycznie - w samochodach ratowniczo-gasniczych (ryc. 3). Konstrukcje zawieszeñ hydropneumatycznych majq, natomiast zastosowanie w dzwigach ratowniczych.
Duzy wplyw na komfort jazdy, plynnosc ruchu w zmiennych warunkach oraz statecznosc i kierowalnosé samochodu ma charakterystyka sprçzystosci zawieszenia.
Elementy sprçzyste powinny byc dobrane w ten sposób, aby zachowana byla stala wartosc czçstotliwosci drgan wlasnych nadwozia (f=1,5^2 Hz - pasmo korzystne dla czlowieka [1]) oraz bylo ograniczone ugiçcie zawieszenia w calym zakresie obci^zenia (charakterystyka progresywna). Szczególne znaczenie ma to w samochodach ratowniczo-gasniczych ze zbiornikami srodków gasniczych, których masa rzeczywista zmienia siç w bardzo duzym zakresie. Dlatego bardzo korzystne jest tu stosowanie resorów piórowych parabolicznych (na osi tylnej - podwójnych), które oprócz zachowania powyzszych warunków, posiadaj^. dodatkowe zalety w stosunku do resorów konwencjonalnych wielopiórowych:
• mniejsza masa wlasna, nawet o 50%,
• zmniejszenie wysokosci zawieszenia, a tym samym i obnizenie wysokosci srodka masy pojazdu.
Zawieszenia pneumatyczne równiez posiadaj^. progresywny ksztalt charakterystyki sprçzystosci. Dodatkowe zalety tych zawieszen to:
• utrzymywanie stalego polozenia nadwozia w czasie jazdy, niezaleznie od obci^zenia,
• obnizenie nadwozia podczas akcji ratowniczej, celem ulatwienia wyjçcia/zaladunku sprzçtu (ugiçcie miechów powietrznych moze wynosié nawet 200^350 mm).
Zawieszenia pneumatyczne szczególnie nadaj^ siç do zastosowania w zawieszeniach osi tylnych samochodów pozarniczych kategorii miejskiej, gdyz w sposób znacz^cy poprawiaj^ komfort jazdy oraz wplywaj^. na zmniejszenie oddzialywan dynamicznych od kól na nawierzchniç drogi. Podstawow^. wad^. zawieszen pneumatycznych jest wystçpuj^ca powszechnie nieszczelnosc ukladu, zwiçkszaj^ca siç w miarç zuzywania siç elementów pneumatyki. Dla zapewnienia krótkiego czasu wyjazdu samochodu od momentu uruchomienia silnika wystçpuje potrzeba ci^glego zasilania ukladu pneumatycznego z instalacji zewnçtrznej. Natomiast w samochodach pracuj^cych z wykorzystaniem podpór (drabiny, podnosniki) wystçpuje niekorzystne zjawisko calkowitego rozci^gania miechów powietrznych, powoduj^ce szybsze ich zuzycie. Konieczne jest stosowanie dodatkowych zabiegów przeciwdzialaj^cych temu zjawisku, np. podwieszanie osi.
W nowych samochodach pozarniczych stosuje siç silniki o zaplonie samoczynnym spelniaj3.ce rygorystyczne normy emisji spalin, wydzielaj^ce wielokrotnie mniej szkodliwych
substancji niz silniki poprzednich generacji (ryc. 4). Zmianie ulegly rowniez maksymalne moce uzyskiwane z porownywalnych pojemnosci skokowych. Przykladowo, stosowane obecnie w samochodach pozarniczych 12 -tonowych silniki MAN-a o pojemnosci 6,87 dm3 osi^gaj^. moce maksymalne od 240 do 326 KM przy 2400 obr/min, natomiast silniki wszystkim znanych Starow 244 (GBA 2,5/16 typ 005) o pojemnosci 6,83 dm dysponowaly moc^ 150 KM przy duzo wiçkszej prçdkosci obrotowej (2800 obr/min). Charakterystyka momentu obrotowego w nowych silnikach ma rowniez korzystniejszy przebieg (maksymalna wartosc jest uzyskiwana przy nizszych prçdkosciach obrotowych i w wiçkszym zakresie obrotow), co wplywa miçdzy innymi na elastycznosc silnika.
EURO 4 - 45 samochodow
Ryc. 2. Porownanie l^cznej emisji substancji szkodliwych zawartych w spalinach samochodow
wyposazonych w silniki Euro 0 i Euro 4
Spelnienie obecnej normy czystosci spalin Euro 4 wymaga stosowania zabiegow obrobki spalin, obnizaj^cych przede wszystkim zawartosc tlenkow azotu i cz^stek stalych w spalinach. Powszechnie firmy samochodowe wykorzystuj^. dwa systemy redukcji zwi^zkow szkodliwych do poziomu normy Euro 4:
• system selektywnej redukcji katalitycznej SCR - polegaj^cy na redukcji tlenkow azotu do nietoksycznego azotu i pary wodnej za pomoc^. wodnego roztworu mocznika (AdBlue) wtryskiwanemu do gor^cego strumienia spalin(ryc. 5),
• system recyrkulacji gazow wydechowych EGR pol^czony z wtryskiem paliwa pod wysokim cisnieniem - polegaj^cy na doprowadzeniu spalin do zasysanego przez
EURO 0 - 1 samochod
silnik powietrza, w wyniku czego maleje temperatura spalania, a tym samym nast^puje spadek zawartosci tlenków azotu (ryc. 6). Obydwa systemy maj^. swoje wady i zalety. System SCR jest drozszy i wymaga stosowania dodatkowego zbiornika AdBlue (ryc. 7) o pojemnosci zazwyczaj 20-25 dm , który „zabiera" najlepsze miejsce w przestrzeni uzytkowej nadwozia z punktu widzenia ergonomii, jednak wydaje si§ byé bardziej rozwojowy i ma wi^ksze szanse na przystosowanie silników do normy Euro 5.
System EGR natomiast wymaga stosowania dobrej jakosci oleju nap^dowego zawieraj^cego znikome ilosci zwi^zków siarki oraz odpowiedniego niskopopiolowego oleju silnikowego. Zanieczyszczenie filtra powoduje koniecznosé jego wymiany na nowy, co wi^ze si§ ze znacznymi kosztami.
tlenki azotu
Ryc. 3. Schemat dzialania systemu selektywnej redukcji katalitycznej (SCR)
chlodn.ica spalin
Ryc. 6. Schemat dzialania system recyrkulacji gazów wydechowych (EGR)
Zbiornik AdBlue (25 dm3)
Fot. 8. Dodatkowy zbiornik AdBlue (silnik Mercedesa z systemem SCR)
W nowych pojazdach strazy pozarnej mozemy spotkac obydwa systemy obrobki spalin. Wplyw uzytkownika na wybor systemu jest bardzo znikomy, gdyz uzaleznione jest to od zastosowanego podwozia. Poszczegolni producenci podwozi prowadz^. wlasn^. polityke dostosowywania silnikow do kolejnych norm Euro i zazwyczaj preferj tylko jeden system. Praca nowoczesnego silnika jest sterowana elektronicznie poprzez uklad EDC (Electronic Diesel Control), ktory poza obnizeniem emisji spalin umozliwia rowniez zwi^kszenie osi^gow silnika i zmniejszenie zuzycia paliwa.
Uklad EDC spelnia dodatkowe funkcje, bardzo wazne w samochodach pozarniczych:
• ochrona silnika przy zimnym rozruchu,
• zmniejszanie dawki paliwa przy zbyt wysokiej temperaturze silnika,
• regulacja pr^dkosci obrotowej silnika przy zal^czonej przystawce dodatkowego odbioru mocy,
• ograniczenie pr^dkosci maksymalnej samochodu,
• monitorowanie zuzycia paliwa.
Silnik samochodu to niew^tpliwie najbardziej skomplikowany zespol mechaniczny w kazdym samochodzie. W wielu przypadkach awaria silnika w samochodzie pozarniczym b^dzie sie wi^zala z duzymi nakladami finansowymi oraz unieruchomieniem pojazdu nawet na kilka dni. Dlatego wazne jest, aby przestrzegac rygorow obslugi i uzytkowania okreslonych przez producenta.
Coraz wi^ksze uznanie wsród uzytkowników samochodów pozarniczych wzbudzaj^. pólautomatyczne lub automatyczne skrzynie biegów. Przy sterowaniu pólautomatycznym kierowca decyduje o wyborze biegu i momencie jego wl^czenia, natomiast sama czynnosé wl^czenia jest wykonywana bez udzialu kierowcy.
W skrzyniach automatycznych wszystkie czynnosci s^. wykonywane bez udzialu kierowcy, a jedynie na skutek zmieniaj^cych si§ oporów jazdy i pr^dkosci samochodu. Skrzynie automatyczne posiadaj^. mozliwosé zmiany przelozenia bez koniecznosci rozl^czenia ukladu nap^dowego oraz zapewniaj^ mozliwosé plynnego ruszania z miejsca. Te zalety powoduj^, ze takie rozwi^zania sprawdzaj^ si§ zwykle w samochodach jezdz^cych na krótkich trasach w ruchu miejskim, jak równiez przeznaczonych do pracy w warunkach terenowych. Samochody pozarnicze jak najbardziej mieszcz^. si§ w tych kategoriach.
Wad^. skrzyn automatycznych jest wi^ksze zuzycie paliwa, wi^ksza masa oraz skomplikowana budowa i wysoka cena, jednak jest to rekompensowane duz^ trwalosci^. Rozwi^zaniem posrednim jest wybór pólautomatycznej skrzyni biegów posiadaj^cej wiele zalet charakterystycznych dla skrzyni automatycznej, a przy tym o wiele tanszej. Pewn^ niedogodnosci^. stosowania skrzyn pólautomatycznych jest spora zwloka czasowa mechanizmu przel^czania kolejnych biegów.
Techniczn^ nowosci^. w ukladach hamulcowych, która znalazla juz zastosowanie w samochodach pozarniczych, jest blokada przeciwdzialaj^ca stoczeniu si§ pojazdu ze wzniesienia (stosowana m. in. w samochodach Mercedes). Pneumatyczne zawory hamulcowe sterowane w pelni elektronicznie, ulatwiaj^. ruszanie samochodu z miejsca o dowolnym nachyleniu. Po kazdym uzyciu pedalu hamulca w przypadku, gdy samochód pozostaje w miejscu, cisnienie w ukladzie hamulcowym zostaje utrzymane przez okolo jedn^ sekund§ po zwolnieniu pedalu. W ci^gu takiego opóznienia kierowca moze bezpiecznie ruszyé z miejsca ze wzniesienia, naciskaj^c pedal przyspieszenia.
Coraz cz^sciej mozna spotkaé samochody ci^zarowe wyposazone w hamulce tarczowe, stosowane na osi przedniej i tylnej. Rozwi^zania takie pozwalaj^. na skrócenie drogi hamowania w porównaniu z hamulcami b^bnowymi oraz wykazuj^. duz^ stabilnosé wartosci momentu tarcia podczas dlugotrwalego hamowania.
Konstrukcje kabin samochodow pozarniczych
Kabiny samochodow pozarniczych wykonywane s^ glownie w wersji wagonowej „krotkiej" (z silnikiem umieszczonym pod kabiny), 2- lub 3-osobowej lub w wersji brygadowej wielomiejscowej (zazwyczaj 6-osobowej). Nalezy si^ rowniez spodziewac, ze nast^pi powrot do kabin dzielonych, w ktorych przedzial zalogi b^dzie zintegrowany z nadwoziem uzytkowym lub niezaleznie zamocowany do ramy podwozia (ryc. 8). Rozwi^zania takie majq, uzasadnienie szczegolnie w przypadku pojazdow z zalogami powyzej 6 osob, w ktorych istnieje koniecznosc stosowania trzech rz^dow siedzen. Zastosowanie, w tym przypadku, jednomodulowej kabiny o znacznej dlugosci powoduje wyst^powanie drgan i duzych napr^zen podczas jazdy, co w konsekwencji moze doprowadzic do powaznych uszkodzen, wl^cznie z p^kaniem poszycia. Dost^p do silnika po odchyleniu dlugiej kabiny jednomodulowej rowniez jest bardzo ograniczony.
Wadq, kabin dzielonych jest natomiast mniejszy komfort jazdy, wynikaj^cy ze sposobu jej zawieszenia i zamocowania do ramy pojazdu.
Fot. 9. Samochod pozarniczy z dzielonq, kabiny (uklad miejsc: 1+1+2+4)
Obecnie stosowana jest unifikacja kabin, polegaj^ca na stosowaniu jednego typu kabin zalogowych dla samochodow budowanych w roznych klasach. Daje to wymierne korzysci w postaci obnizenia kosztow produkcji, kosztow ewentualnych napraw oraz kosztow badan.
W konstrukcji zawieszen kabin zalogowych s^ stosowane nowe elementy w postaci sprçzyn pneumatycznych, zastçpuj^cych sprçzyny srubowe. Konstrukcje takie umozliwiaj^ regulacjç polozenia kabiny w czasie jazdy, zabezpieczaj^cq, przed nadmiernymi przechylami kabiny na boki podczas jazdy po luku oraz kolysaniem wzdluznym.
Duzy postçp nastqpil równiez w dziedzinie ergonomii. Wiele uwagi projektanci poswiçcaj^ rozplanowaniu tablicy rozdzielczej, aby wszystkie przyrz^dy kontrolne w kabinie byly widoczne z miejsca kierowcy, natomiast wszystkie urzqdzenia sterownicze znajdowaly siç w zasiçgu rçki. Niektóre firmy stosuj^ dodatkowe lusterka umieszczone przed szyb^ czolowq, ulatwiaj^ce manewrowanie pojazdem i dojazd do sciany lub przeszkody, np. podczas wjazdu do garazu.
Fot. 10. Ergonomiczne rozplanowanie urz^dzen kontrolno-sterowniczych, latwy dostçp do dzwigni zmiany biegów oraz lusterko czolowe ulatwiaj^ pracç kierowcy.
W kabinach zalogowych stosowane s^ czasem ruchome stopnie wejsciowe, rozkladaj^ce siç automatycznie po otwarciu drzwi. Takie rozwiqzanie ulatwia wychodzenie z kabiny i poprawia bezpieczenstwo, gdyz stopnie s^ bardziej wysuniçte na zewnqtrz obrysu kabiny i bardziej widoczne. Za stopniami mozna zamontowac osprzçt podwozia lub akumulatory. Wad^ takiego rozwiqzania jest, jak na razie, duza ich awaryjnosc, polegajqca na zacinaniu siç w pozycji otwartej lub zamkniçtej. Konstrukcja umozliwia w tym przypadku awaryjne (rçczne) otwarcie/zlozenie.
Fot. 11 Rozkladane stopnie wejsciowe
Wnioski
Stosowanie nowych rozwi^zan konstrukcyjnych w podwoziach samochodow i ich ukladach napçdowych ma na celu przede wszystkim podniesienie bezpieczenstwa biernego oraz zwiçkszenie trwalosci. Stosowanie silnikow o niskiej emisji spalin (Euro 4) w przypadku samochodow pozarniczych ma drugorzçdne znaczenie, ze wzglçdu na niewielkie roczne przebiegi tych pojazdow. Sprawdzaj^. siç one jednak w samochodach wyposazonych w urz^dzenia dodatkowe napçdzane od silnika (np. samochody ratowniczo-gasnicze z pomp^, drabiny mechaniczne, podnosniki hydrauliczne, samochody z zurawiem), pracuj^ce czçsto nieprzerwanie przez kilka godzin na postoju. Stosowane powszechnie uklady elektryczne i elektroniczne charakteryzuj^ siç obecnie duz^ awaryjnosci^. Spowodowane jest to znacznym skomplikowaniem konstrukcji (czçsto w jednym pojezdzie znajduje siç kilka komputerow) oraz wci^z nie dostosowaniem ich do rzeczywistych - i jednak - nietypowych warunkow pracy samochodu pozarniczego. Samochody z takimi ukladami wymagaj^. profesjonalnej obslugi i dbalosci o sprzçt, co czçsto jest ignorowane przez uzytkownikow. Zabezpieczeniem na wypadek wyst^pienia awarii, co w przypadku dzialan strazy pozarnej mogloby miec tragiczne skutki, jest w wielu przypadkach pozostawiona przez konstruktorow mozliwosc awaryjnego dzialania
i sterowania. Komputery posiadaj^. rowniez tryb pracy awaryjnej, na wypadek gdyby zawiodlo ktores ogniwo systemu, np. czujnik.
Nowe materialy i technologie stosowane do produkcji elementow nosnych podwozi, poza zwiçkszeniem trwalosci i niezawodnosci, pozwalaj^. na ograniczenie masy wlasnej pojazdu, a tym samym zwiçkszenie ladownosci, ktora moze byc wykorzystana na poszerzenie wykazu sprzçtu przenosnego, zamontowanie dodatkowego wyposazenia, np. urz^dzenia CAFS lub zwiçkszenie pojemnosci zbiornikow na srodki gasnicze.
Stosowanie „modulowosci" konstrukcji (np. skrçcane dzielone ramy) i ograniczenie ilosci elementow upraszcza wymianç uszkodzonych lub zuzytych podzespolow oraz obniza koszt naprawy. Z uwagi na koszty serwisowe nalezy, w miarç mozliwosci, minimalizowac ilosci typow i odmian podwozi stosowanych do zabudowy pojazdow pozarniczych. Specyfika warunkow pracy samochodow pozarniczych znacznie odbiega od standardowego uzytkowania pojazdu ciçzarowego, dlatego nalezy zdawac sobie sprawç z tego, ze najbardziej nowoczesne podwozia mog^. przysporzyc duzo klopotow podczas ich eksploatacji.
Literatura
1. L. Prochowski, A. Zuchowski: Pojazdy samochodowe. Samochody ci^zarowe i autobusy. WKL, Warszawa 2006.
2. K. Studzinski: Teoria, konstrukcja i obliczanie samochodu. WNT, Warszawa 1973.
3. A. Gontarz: wspólautor opracowania pt. „Zastosowanie nowoczesnych rozwi^zañ konstrukcyjnych w samochodach pozarniczych i wplyw na ich walory uzytkowe
i prowadzenie dzialan ratowniczo-gasniczych", praca zbiorowa, CNBOP 2007.
4. Szkola Aspirantów Panstwowej Strazy Pozarnej w Krakowie: Tendencje rozwojowe w technikach ratowniczych i wyposazeniu technicznym. Materialy konferencyjne. Kraków, 16-17 pazdziernika 2006 r.
5. PN-EN 1846-1:2000 Samochody pozarnicze. Podzial i oznaczenie.
6. PN-EN 1846-2:2005/A1:2005 (U) - „Samochody pozarnicze. Cz§sé 2: Wymagania ogólne. Bezpieczenstwo i parametry".
7. PN-EN 1846-3:2006 - „Samochody pozarnicze. Cz^sé 3: Wyposazenie zamontowane na stale. Bezpieczenstwo i parametry".
8. Rozporz^dzenie Ministra Spraw Wewn^trznych i Administracji z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie wykazu wyrobów sluz^cych zapewnieniu bezpieczenstwa publicznego lub ochronie zdrowia i zycia oraz mienia, a takze zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do uzytkowania.
9. Sprawozdania z badan samochodów ratowniczo-gasniczych, CNBOP.
