Zaczepy kulowe geometria, specyfikacja i ocena stanu technicznego

Zaczepy kulowe – geometria, specyfikacja i ocena stanu technicznego

data aktualizacji: 2020.11.18

Transportowanie pojazdu może odbywać się na kilka sposobów wynikających z cech technicznych komponentu, wykorzystanego bezpośrednio do przymocowania lub

sprzęgnięcia środka transportu kołowego, względem którego realizowane są czynności pomocy drogowej, oraz właściwości jako typu podejmowanego obiektu jezdnego, z

uwzględnieniem rodzaju i rozmiaru występującego w nim uszkodzenia. W tym celu stosuje się platformy najazdowo-transportowe z elementami do mocowania, wykorzystując pasy wytrzymałościowe, urządzenia do unoszenia osi pojazdu przy użyciu siłowników

hydraulicznych, dyszle sztywne mające na obu końcach odpowiedniej klasy urządzenia sprzęgające, ucha sprzęgające umożliwiające między innymi połączenie pojazdów przy użyciu wytrzymałościowej liny holowniczej oraz zaczepy kulowe, będące komponentem zwartym – do sprzęgnięcia przy użyciu głowicy zaczepowej.

Wszystkie wymienione rodzaje elementów roboczych, stosowanych do transportowania pojazdów, muszą mieć określone cechy techniczne świadczące o ich jakości – bezpośrednio związanej

z bezpieczeństwem biernym uczestników ruchu drogowego. Dlatego ocenę ich stanu technicznego mogą prowadzić wyłącznie jednostki wyposażone w odpowiednie urządzenia badawcze

i wyspecjalizowaną kadrę, notyfikowane przez właściwego ministra ds. transportu [1] do prowadzenia badań w zakresie homologacji typu pojazdów oraz ich komponentów, np. Instytut Transportu Samochodowego w Warszawie, zajmujący się wykonawstwem prac, będącego w jego strukturach Zakładu Homologacji i Badań Pojazdów (ZBH) [2], [3], mającego również akredytację o numerze AB503 [5] Polskiego Centrum Akredytacji [6].

W zakresie prac badawczych prowadzonych przez ZBH ITS w celu sprawdzenia stosownych wymagań dla komponentu o przeznaczeniu do sprzęgania pojazdów wykonywane są pomiary metrologiczne, określana jest jakość powierzchni stref współpracujących, wyznaczany stan

techniczny spoin oraz wykorzystanych elementów głównych i pomocniczych, ze zwróceniem uwagi na występowanie pęknięć, wykruszeń, deformacji, poluzowań – bezpośrednio po uzyskaniu

granicznej liczby cykli obciążenia lub wstrzymaniu próby stanowiskowej na skutek niespodziewanej reakcji testowanego obiektu. Oprócz kwalifikowania obiektu badań do wprowadzenia na rynek motoryzacyjny, na podstawie sporządzonej ekspertyzy technicznej – wykorzystując pozytywny rezultat testu – możliwe jest również doskonalenie jego wytwarzania, bazując na wyniku

negatywnym, poprzez wskazanie obszarów o niskiej i wysokiej sztywności, w tym z deformacjami lub pęknięciami. Dlatego celem tekstu jest omówienie charakterystycznych cech zaczepów kulowych, mających świadectwo homologacji, przyporządkowanych im czynności inspekcyjnych oraz typów uszkodzeń, z uwzględnieniem stref bezpośredniego ich mocowania.

1. Definicja i cechy charakterystyczne zaczepów kulowych

Zaczepy kulowe są rodzajem mechanicznego urządzenia sprzęgającego wykorzystywanym do połączenia pojazdu ciągniętego z ciągnącym. Do użytkowania wprowadzone są na podstawie

pomiarów metrologicznych i wyników badań testu trwałościowego. Oba rodzaje prób wykonywane są wg wytycznych Regulaminu 55 EKG ONZ [4] pt. „Jednolite przepisy dotyczące homologacji

mechanicznych elementów sprzęgających zespołów pojazdów”.

Zaczep kulowy, który uzyskał świadectwo homologacji i został wprowadzony do sprzedaży, powinien być identyfikowalny wśród wyrobów producenta oraz względem postępowania badawczego

i homologacyjnego poprzez:

a) nazwę producenta, b) oznaczenie typu, c) numer inwentarzowy,

d) instrukcję montażu (obowiązkowa), e) instrukcję obsługi (obowiązkowa),

f) tabliczkę znamionową (projektowana przez producenta i obowiązkowa); powinna zawierać następujące informacje:

nazwę producenta, oznaczenie typu,

klasę mechanicznego urządzenia sprzęgającego (np. A50-X),

kod państwa, w którym przeprowadzono procedurę homologacyjną (np. E20 – kraj homologacji Polska),

numer świadectwa homologacji (55R-XX YYYY),

parametry techniczne, jak: siła dynamiczna D = [kN] i statyczna S = [kg] (obowiązkowe).

Pomimo, że zaczepy kulowe danej klasy (np. A50-X) mają jednakową średnicę kuli i kształt szyjki, różnią się ramieniem i podstawą (rys. 1 a, b, c, d).

Tabliczka znamionowa (rys. 2-4) zaczepu kulowego powinna być do niego trwale przymocowana, a znajdujące się na niej informacje czytelne.

1.1. Demontowane i niedemontowane zaczepy kulowe

Zaczepy kulowe mogą być montowane do elementów konstrukcyjnych pojazdu, jak belka pociągowa, lub dodatkowych podzespołów, np. tylne urządzenie zabezpieczające, jeżeli spełniają one określone wymagania, jak:

a) wskazane są w świadectwie homologacji jako podzespoły, do których można przymocować zaczep kulowy,

b) mają odpowiednie punkty mocowania,

c) przyporządkowano im określone parametry techniczne – wartość siły D i S zaczepu kulowego.

W przypadku niedemontowanych zaczepów kulowych (tj. bez możliwości odmocowania przy użyciu siły ludzkich rąk i bez udziału narzędzi warsztatowych) wymagana jest kompletność połączenia śrubowego z obu stron wspornika, zgodnie z instrukcją montażu (rys. 5). W przypadku

demontowanych zaczepów kulowych lub elementów nieprzymocowanych śrubami strefa połączenia i sposób blokowania muszą zostać zaprojektowane jako wymuszane mechaniczne połączenie (rys. 6).

2. Czynności inspekcyjne 2.1. Pojazd z funkcją sprzęgania

Pojazd mający możliwość sprzęgania z użyciem zaczepu kulowego (montowanego na belce

pociągowej) wymaga sprawdzenia klasy urządzenia sprzęgającego i jego parametrów technicznych, jak: siła dynamiczna (D) oraz statyczna (S), względem zapisów znajdujących się w świadectwie homologacji.

Czynności inspekcyjne konieczne do oceny stanu technicznego zaczepu kulowego, np. w ramach ogólnych czynności diagnostycznych pojazdu homologowanego do sprzęgania z użyciem zaczepu kulowego:

a) oględziny komponentu pod względem występowania: pęknięć, wykruszeń, deformacji (szczegóły zawarto w podrozdziale 3 pt.: „Uszkodzenia zaczepów kulowych i stref ich mocowania”);

b) sprawdzenie mocowania pod względem kompletności, rodzaju i cech wytrzymałościowych wykorzystanego połączenia, ze zwróceniem uwagi na klasę wytrzymałościową śrub;

c) ocena możliwości sprzęgnięcia i rozprzęgnięcia z wykorzystaniem:

obrotu – w płaszczyźnie poziomej (0xy) – osi poziomej (0x) zaczepu kulowego równoległej do głównej osi pojazdu i przechodzącej przez środek kuli zaczepu o 60° w prawo i lewo, uzyskując strefę roboczą określoną kątem 120° (rys. 7);

obrotu – w płaszczyźnie pionowej (0xz) – osi poziomej (0x) zaczepu kulowego równoległej do głównej osi pojazdu i przechodzącej przez środek kuli zaczepu, o kąt 10° do góry i do dołu, określając strefę roboczą wartością kąta 20° (rys. 8).

2.2. Pojazd specjalny

W przypadku pojazdów specjalnych [np. typu holownik drogowy (rys. 9a, c), pomoc drogowa (rys. 9b, d)], wykorzystujących zaczepy kulowe w strefie występowania tylnego urządzenia zabezpieczającego (TUZ), w tym również zespolonego z podłogą najazdową/transportową lub stowarzyszonego

z korpusem wysięgnika [8] czy innymi elementami roboczymi komponentu, należy wykonać następujące czynności:

a) sprawdzić zapisy świadectwa homologacji, dotyczące funkcji technicznych komponentu, w tym możliwości stosowania mechanicznego urządzenia sprzęgającego, jak zaczepy kulowe;

b) przeprowadzić ocenę stanu technicznego, jeżeli komponent może być eksploatowany wraz z mechanicznym urządzeniem sprzęgającym (zaczep kulowy), na występowanie pęknięć wykruszeń, deformacji i braków elementów mocowania, jak: śruby, nakrętki, podkładki (rys. 9 c, d) itp.

3. Uszkodzenia zaczepów kulowych i stref ich mocowania

Przykładowe uszkodzenia zaczepów kulowych klasy A50-X oraz stref ich mocowania zamieszczono na rys. 10-15. Zaprezentowane obszary są również strefami, które powinny być sprawdzane w trakcie czynności diagnostycznych pojazdu. Należą do nich:

a) szyjka zaczepu kulowego (rys. 10, 11),

b) strefa łączenia zaczepu kulowego z profilem poprzecznym, mocowanym do podłogi pojazdu osobowego, typu SUV lub terenowego (rys. 12),

c) obszar bezpośredniego wspornika zaczepu kulowego, pełniącego również rolę tylnej belki (rys. 13, 14),

d) strefy zmian geometrycznych, łączenia elementów, szczególnie wytworzone przy użyciu technologii spawania (rys. 15).

4. Podsumowanie

Wykorzystywane w badaniach typy zaczepów kulowych wskazały na różnorodność ich kształtu, wymiarów oraz parametrów technicznych, determinujących przeznaczenie wymienionego rodzaju mechanicznego urządzenia sprzęgającego do określonych warunków obciążenia, bez możliwości zastosowania odstępstwa.

Zastosowanie homologowanego zaczepu kulowego w komponencie typu wysięgnik holowniczy lub platforma najazdowo-transportowa nie zwalnia z obowiązku wykonania badań trwałościowych.

Połączenie zaczepu kulowego (mającego świadectwo homologacji) z wymienionymi wyżej:

wysięgnikiem lub platformową wymaga dodatkowych prób trwałościowych, w celu uzyskania dokumentu potwierdzającego poprawność ich połączenia.

Ocena stanu technicznego mechanicznego urządzenia sprzęgającego – w którym elementy od podstawy zaczepu kulowego w kierunku kabiny pojazdu pełnią rolę jego wspornika, tworząc

komponent, jak: rama robocza, platforma transportowo-najazdowa – powinna być prowadzona przy uwzględnieniu wszystkich obszarów, począwszy od punktu sprzęgnięcia, w tym strefy mocowania oraz elementów konstrukcyjnych bezpośrednio lub pośrednio z nią powiązanych, nie eliminując spoin i regionów do nich przynależnych.

Komponenty robocze (ramy wychylne, ramy stałe holowników drogowych), wytworzone ze stali i pełniące rolę wspornika dla przymocowanego zaczepu kulowego, powinny być sprawdzane na występowanie pęknięć nie tylko w obszarze spoin i stref do nich przynależnych, lecz również w obszarach profili konstrukcyjnych bezpośrednio przenoszących obciążenie.

W przypadku elementów konstrukcyjnych (platformy najazdowo-transportowe) wykonanych ze stopów lekkich – przenoszących obciążenie poprzez sprzęgnięcie pojazdów z użyciem zaczepu

kulowego – inspekcja techniczna powinna być ukierunkowana na poszukiwanie pęknięć włosowatych w strefie mocowania mechanicznego urządzenia sprzęgającego i regionów do niej przynależnych oraz spoinach i strefach wpływu ciepła z uwzględnieniem stowarzyszonych z nimi obszarów w postaci materiału rodzimego.

Uzyskane wyniki badań dla komponentów – przeznaczonych do stosowania w konstrukcjach pojazdów specjalnych – jak: platformy najazdowo-transportowe, ramy wychylne, adaptery do samochodów typu SUV, wyposażonych w mechaniczne urządzenia sprzęgające w postaci zaczepu kulowego, potwierdziły duże znaczenie prób stanowiskowych w ocenie jakości technicznej

testowanych obiektów badań.

Tadeusz Szymczak*

Sławomir Cholewiński**

Instytut Transportu Samochodowego Zakład Homologacji i Badań Pojazdów ul. Jagiellońska 80, 03-301 Warszawa

* tadeusz.szymczak@its.waw.pl, tel. 22 43 85 307

** slawomir.cholewinski@its.waw.pl, tel. 22 43 85 351 Literatura

1. www.gov.pl/web/infrastruktura

2. www.its.waw.pl/9924,pl,Zaklad-Homologacji-i-Badan-Pojazdow.html 3. www.its.waw.pl/8239,pl,Homologacja-pojazdow.html

4. Regulamin nr 55 Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (EKG ONZ) – Jednolite przepisy dotyczące homologacji mechanicznych elementów sprzęgających zespołów pojazdów.

5.

www.pca.gov.pl/akredytowane-podmioty/akredytacje-aktywne/laboratoria-badawcze/AB%20503,pod miot.html

6. www.pca.gov.pl

7. T. Szymczak, Z.L. Kowalewski, A. Brodecki, Testy stanowiskowe w ocenie trwałości zmęczeniowej podzespołów motoryzacyjnych, Dozór Techniczny, 2020, 1, s. 26-34.

8. T. Szymczak, A. Brodecki, K. Makowska, Z.L. Kowalewski, Tow truck frame made of high strength steel under cyclic loading, Materials Today: Proceedings, 2019, 12, 2, pp. 207-212.

Źródło: https://warsztat.pl/drukujpdf/artykul/72092