CN104843075A - 一种仿生无大梁半挂车架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生无大梁半挂车架，由脊骨管状梁，一端与脊骨管状梁咬合连接并设置在脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁，用于将位于脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁另一端连接的边梁，位于脊骨管状梁两端，将脊骨管状梁或边梁连成一体的变截面贯通横梁共同组成。本发明充分发挥各个元件自身的能力，实现了全承载，减轻自重，节省了原材料消耗，也使车辆在使用中降低了燃油消耗，减低了车架偏载的几率，改善了行驶中轮胎的受力状况，减轻了轮胎的磨损，延长了轮胎的使用寿命，车架结构稳定，行驶稳定性高，也使得车辆能为所承运的货物提供更好的保护。

Description

一种仿生无大梁半挂车架

技术领域

本发明涉及一种车架，尤其涉及一种仿生无大梁半挂车架，属于半挂车设计与制造领域。

背景技术

目前，国内外的半挂车设计中，半挂车的车架都是由大型工字钢、槽钢组成的梯形车架，整车的全部载荷由车架承担。在半挂车中，车架的强度设计主要从抗弯、抗扭两个问题入手；在纵向上设计截面较高大的“工”字形或槽型截面的两根纵梁和两根边梁以承担垂直载荷（抗弯），在横向上（纵梁、边梁之间）设计截面较小的横梁，以连接纵梁和横梁，并承担横向载荷（抗扭）；纵梁、边梁、横梁组成横截面为梯形或矩形的车架。但由于“工”字形或槽型截面的抗扭能力及横向稳定型均较差，无法分担扭矩；而横梁由于其截面较小，且与纵梁、横梁的连接面积有限，也无法有效分担垂直载荷。其设计结果必然是，纵梁抗弯，横梁抗扭，各干各的活儿，彼此互不分担；未能充分发挥所有元件的自有能力，造成车架自重大、载荷能力低、质量利用系数低，横向稳定型差，抵抗振动性能差的结果。

对于减轻自重，提高质量利用系数问题，当前主要是从材料上入手，利用低密度、高强度、高成本的轻质材料铝合金和碳纤维等替代传统材料，此方法减重效果虽然明显，但也存在一定的缺陷：这些轻质材料在与传统材料连接而构成承载结构时，由于无法采用低成本的焊接形式，而不得不采用成本较高的绝缘铆接、绝缘螺接或粘接等工艺方式，且这些连接方式也很难快速有效的传递载荷。这不仅使得车架的原材料成本及制造成本大幅上升，同时还会在异种材料的连接处产生应力集中而造成早期损坏的隐患。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种设计合理，强度高，刚度好，自重轻，耗材少，承载能力大，油耗少，制造和使用成本低、故障率低，使用寿命长的仿生无大梁半挂车架。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种仿生无大梁半挂车架，由脊骨管状梁，一端与脊骨管状梁咬合连接并设置在脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁，用于将位于脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁另一端连接的边梁，位于脊骨管状梁两端，将脊骨管状梁或边梁连成一体的变截面贯通横梁共同组成。

进一步的，仿生无大梁半挂车架的框架结构是长方形、方形、梯形或三角形中的一种。

进一步的，仿生无大梁半挂车架的框架结构横断面的形状是长方形、方形、梯形或三角形中的一种。

进一步的，所述脊骨管状梁、变截面横梁、边梁、变截面贯通横梁的结构是直梁、折线梁或曲梁中的一种。

进一步的，所述变截面横梁与脊骨管状梁的连接关系为垂直或倾斜。

进一步的，所述若干根变截面横梁在车架上为彼此平行、交错或交叉。

进一步的，所述脊骨管状梁的截面是空心圆管。

进一步的，所述变截面横梁的截面是圆形、矩形、方形、工字型或槽型中的一种；所述边梁的截面是圆形、矩形、方形、工字型、Z字型或槽型中的一种；所述变截面贯通横梁的截面是圆形、矩形、方形、工字型或槽型中的一种。

进一步的，所述脊骨管状梁与变截面横梁之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述脊骨管状梁与变截面贯通横梁之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述边梁与变截面横梁之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述边梁与变截面贯通横梁之间是焊接、铆接、螺接中的一种。

本发明的有益技术效果是：由于在结构上各个元件都参与并担负抗弯、抗扭的任务，充分发挥各个元件自身的能力，实现了全承载，在同等条件下提高了材料利用率，降低了各个元件的自重，提高了质量利用系数，达到了减轻自重的目的；通过脊骨管状梁将所有咬合连接在其上的变截面横梁连接在一起形成一个完整的承载有机体，有效规避了连接节点处常出现的应力集中问题，使得车架的结构稳定性得到了提升；由于实现了全承载，在应对各种工况时的变形幅度大为减小，提升了行驶稳定性；由于减轻了自重，节省了原材料消耗，也使车辆在使用中降低了燃油消耗，减低了车架偏载的几率，改善了行驶中轮胎的受力状况，减轻了轮胎的磨损，延长了轮胎的使用寿命，也使得车辆能为所承运的货物提供更好的保护。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的论述。

图1是本发明的车架结构示意图；

图2是本发明的车架结构横断面示意图。

图中：1、脊骨管状梁，2、变截面横梁，3、边梁，4、变截面贯通横梁。

具体实施方式

一种仿生无大梁半挂车架，由脊骨管状梁1，一端与脊骨管状梁咬合连接并设置在脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁2，用于将位于脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁另一端连接的边梁3，位于脊骨管状梁两端，将脊骨管状梁1、边梁3连成一体的变截面贯通横梁4共同组成。在专用的工装台上，按照图1所示将脊骨管状梁1和变截面横梁2按设计确定的间距彼此咬合连接，就像脊椎动物一副骨架中的每块骨头一样，然后将边梁3与各个变截面横梁2连接，最后用变截面贯通横梁4将脊骨管状梁1和边梁3连接起来构成仿生车架。

仿生无大梁半挂车架的框架结构是长方形、方形、梯形或三角形中的一种。

仿生无大梁半挂车架的框架结构横断面的形状是长方形、方形、梯形或三角形中的一种。

所述脊骨管状梁1、变截面横梁2、边梁3、变截面贯通横梁4的结构是直梁、折线梁或曲梁中的一种。

所述变截面横梁2与脊骨管状梁1的连接关系为垂直或倾斜。

所述若干根变截面横梁2在车架上为彼此平行、交错或交叉。

所述脊骨管状梁1的截面为空心圆管。此项为优选，申请人对脊骨管状梁采用空心方形管、空心三角形管等方式，最后确认在空心圆管时效果最佳。

所述变截面横梁2的截面是圆形、矩形、方形、工字型或槽型中的一种；所述边梁3的截面是圆形、矩形、方形、工字型、Z字型或槽型中的一种；所述变截面贯通横梁4的截面是圆形、矩形、方形、工字型或槽型中的一种。

所述脊骨管状梁1与变截面横梁2之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述脊骨管状梁1与变截面贯通横梁4之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述边梁3与变截面横梁2之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述边梁3与变截面贯通横梁4之间是焊接、铆接、螺接中的一种。

    在车架承载过程中，车架在垂直载荷作用下，由理论力学和材料力学可知：沿纵向布置的脊骨管状梁1、边梁3就会承受垂直载荷产生的弯矩，其内部相应产生弯曲内应力，各自必然要产生方向与外载荷同向的弯曲变形；而由于脊骨管状梁1、边梁3的截面尺寸差异，其抗弯截面系数也就是抵抗变形的能力必然存在差异，同时由于脊骨管状梁1、边梁3与外载荷相对位置的不同，这样两者在垂直方向上产生的变形量（即挠度）自然不同；脊骨管状梁1、边梁3分别将各自的变形传递给咬合固定于其上的变截面横梁2的两端，从而使得变截面横梁2的两端产生大小不相等的垂直方向上的变形，由理论力学和材料力学可知：变截面横梁2相当于支撑于脊骨管状梁1、边梁3之间的简支梁，或等同于固结于脊骨管状梁1（或边梁3）上的悬臂梁，无论哪种形式，都会在变截面横梁2的两端咬合连接处相应产生抵抗这种变形的剪应力；而由于两端咬合连接处的变形量不同，同时变截面横梁2的两端咬合连接处的横截面是大小不等的，势必造成两端相应产生的扭曲应力和剪应力大小不同，这两端扭曲应力、剪应力的差值就形成沿变截面横梁2垂直截面方向上的弯曲力矩---作用于端点的力偶，相应的变截面横梁2内部自然就会产生抵抗这个力偶的弯曲正应力，这个弯曲正应力和两端的剪应力共同抵抗中央脊骨管状梁1、边梁3的弯曲变形差；这样，就使得在车架受到弯曲载荷作用时，变截面横梁2与中央脊骨管状梁1、边梁3共同承担垂直载荷，在抗弯问题上实现了全承载。

在车架承载状态下，以及车辆运行过程中，由于装载的不均匀、路面的起伏不平以及车辆转弯行驶中，都会造成车架各部受力不均匀，由理论力学和材料力学可知：这些都会对车架施加扭转载荷，使车架发生扭转变形；由前述可知：变截面横梁2相当于支撑于中央脊骨管状梁1、边梁3之间的简支梁，或等同于固结于中央脊骨管状梁1（或边梁3）上的悬臂梁；当车架发生扭转变形时，变截面横梁2承受垂直向下的外载荷，受这个外载荷作用会使得变截面横梁2产生弯曲变形，从而引发变截面横梁2自身产生弯曲正应力以抵抗变形；而变截面横梁2在自身产生弯曲正应力以抵抗变形的同时，将所受到的所有垂直向下的外载荷在咬合连接处等效的传递给中央脊骨管状梁1、边梁3，由图2中可以看到：咬合连接处分别位于中央脊骨管状梁1、边梁3的一侧（非对称），这些垂直向下的外载荷会分别使得中央脊骨管状梁1、边梁3发生扭曲变形，中央脊骨管状梁1、边梁3自身会在咬合连接处产生剪应力以抵抗扭转变形。这样，就使得在车架受到扭转载荷作用时，变截面横梁2与中央脊骨管状梁1、边梁3共同承担扭转载荷，在抗扭问题上实现了全承载。

故此，在车架强度的抗弯、抗扭两个主要问题上，本发明均实现了使整个车架的所有元件共同承担弯矩和扭矩---也就是全承载。避免了现有技术中纵梁和边梁单独承受弯矩而无法分担扭矩，同时横梁也只能承担扭矩而无法分担弯矩的弊端；这样就充分发挥了所有原件的承载能力；结果必然是载荷能力不变的前提下，降低了车架自重，同时提高了车价的稳定性和使用寿命。

由于在结构上各个元件都参与并担负抗弯、抗扭的任务，充分发挥各个元件自身的能力，实现了全承载，在同等条件下提高了材料利用率，降低了各个元件的自重，提高了质量利用系数，达到了减轻自重的目的；通过脊骨管状梁将所有咬合连接在其上的变截面横梁连接在一起形成一个完整的承载有机体，有效规避了连接节点处常出现的应力集中问题，使得车架的结构稳定性得到了提升；由于实现了全承载，在应对各种工况时的变形幅度大为减小，提升了行驶稳定性；由于减轻了自重，节省了原材料消耗，也使车辆在使用中降低了燃油消耗，减低了车架偏载的几率，改善了行驶中轮胎的受力状况，减轻了轮胎的磨损，延长了轮胎的使用寿命，也使得车辆能为所承运的货物提供更好的保护。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种仿生无大梁半挂车架，其特征在于：由脊骨管状梁（1），一端与脊骨管状梁咬合连接并设置在脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁（2），用于将位于脊骨管状梁两侧的若干根变截面横梁另一端连接的边梁（3），位于脊骨管状梁两端，将脊骨管状梁（1）、边梁（3）连成一体的变截面贯通横梁（4）共同组成。

2.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：车架的框架结构是长方形、方形、梯形或三角形中的一种。

3.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：车架的框架结构横断面的形状是长方形、方形、梯形或三角形中的一种。

4.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：所述脊骨管状梁（1）、变截面横梁（2）、边梁（3）、变截面贯通横梁（4）的结构是直梁、折线梁或曲梁中的一种。

5.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：所述变截面横梁（2）与脊骨管状梁（1）的连接关系为垂直或倾斜。

6.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：所述若干根变截面横梁（2）在车架上为彼此平行、交错或交叉。

7.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：所述脊骨管状梁（1）的截面为空心圆管。

8.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：所述变截面横梁（2）的截面是圆形、矩形、方形、工字型或槽型中的一种；所述边梁（3）的截面是圆形、矩形、方形、工字型、Z字型或槽型中的一种；所述变截面贯通横梁（4）的截面是圆形、矩形、方形、工字型或槽型中的一种。

9.根据权利要求1所述的仿生无大梁半挂车架，其特征在于：所述脊骨管状梁（1）与变截面横梁（2）之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述脊骨管状梁（1）与变截面贯通横梁（4）之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述边梁（3）与变截面横梁（2）之间是焊接、铆接、螺接中的一种；所述边梁（3）与变截面贯通横梁（4）之间是焊接、铆接、螺接中的一种。