CN107117213A - 一种复合材料货车车厢结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料货车车厢结构，主要包括侧立柱、前挡板、下层栏板、中层和上层仓栏、后门、顶部撑杆、地板、T字形接头、十字形接头、三向接头、直角接头、铰链、“加强筋+立柱”连接件、“加强筋+立柱+加强筋”连接件；其特征在于：侧立柱安装在货车底盘上；前挡板、下层栏板、中层和上层仓栏、后门、顶部撑杆等部件通过T字形接头、十字形接头、三向接头、直角接头、铰链、“加强筋+立柱”连接件、“加强筋+立柱+加强筋”连接件等金属接头与侧立柱连接起来；地板通过沉头螺栓与货车底盘连接。本发明的优点是：该复合材料货车车厢在满足强度的前提下，减轻车厢重量，对节能减排、提高运输效率有积极作用。
Description
技术领域
本发明涉及车辆、复合材料应用技术领域，具体涉及一种复合材料货车车厢结构。
背景技术
汽车轻量化是实现汽车环保、节能和减排的的重要途径。有研究表明，车重每减轻10%，燃油消耗可降低6%-8%，不仅如此，对于货车而言，车厢越轻，意味着载重量的增加，即运输效率的提高。因此汽车轻量化技术成为当今世界上各汽车厂商争相追逐的研究重点。汽车要实现轻量化主要有两个途径，一是汽车结构设计的优化，二是使用轻量化材料，特别是复合材料。前者经过不断的研究，技术手段已经非常先进，轻量化减重的空间已经非常狭窄。后者随着材料科学技术的发展，为汽车轻量化开辟了广阔空间。基于对现有汽车车厢的改进，本发明提出的一种复合材料货车车厢结构，能够较好的解决这些问题，该车厢从材料选择和结构设计两方面进行优化，减轻货车车厢重量，以实现提高经济效益的目的。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种复合材料货车车厢结构，主要目的在于从材料选择和结构设计两方面进行优化，减轻货车车厢重量，提高公路运输的运输效率，最大程度提高经济效益。
为解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案是：一种复合材料货车车厢结构，主要包括侧立柱、前挡板、下层栏板、中层和上层仓栏、后门和地板等复合材料部件以及T字形接头、十字形接头、三向接头、直角接头、铰链、“加强筋+立柱”连接件、“加强筋+立柱+加强筋”连接件等金属接头；其特征在于：侧立柱安装在货车底盘上；前挡板由三向接头连接在前侧立柱上，并用“加强筋+立柱”连接件加固；下层栏板由十字形接头、T字形接头和三向接头连接到侧立柱上，并用“加强筋+立柱”连接件或“加强筋+立柱+加强筋”连接件加固；组装好的仓栏由十字接头、T字形接头和三向接头连接在侧立柱上；后门用铰链连接在后侧立柱上；地板通过沉头螺栓与货车底盘连接。
进一步地，侧立柱是由碳纤维复合材料制成的空心圆管，是车厢的主要承力构件，前挡板、下层栏板、中层和上层仓栏、后门、顶部撑杆等部件通过金属接头连接在侧立柱上。
进一步地，前档板由上下横梁、碳纤维复合材料平板和纵向、横向加强筋组成，上下横梁为空心圆管，加强筋截面形状为工字型，材质均为碳纤维。
进一步地，下层栏板由上下横梁、碳纤维复合材料平板和纵向、横向加强筋组成，上下横梁为空心圆管，加强筋截面形状为工字型，材质均为碳纤维。
进一步地，中层和上层仓栏为碳纤维复合材料空心圆管组成的桁架结构。
进一步地，后门由上下横梁、碳纤维复合材料平板和横向、纵向加强筋组成主体结构，再用直角接头将主体结构的上下横梁与两侧门柱连接起来，并以“加强筋+立柱”连接件加固，制成车厢的后门。
进一步地，地板是碳纤维编织布和玻璃纤维编织布组成的层合板，中间部分为玻璃纤维层合板，上下部分为碳纤维层合板，通过沉头螺栓与货车底盘连接。
进一步地，T字形接头由两段相互垂直的铝合金空心圆柱焊接成；十字形接头由三段铝合金空心圆管焊接成，其中两段同轴，垂直于另外一段；三向接头由三段两两互相垂直的铝合金空心圆管焊接成；直角接头为90°弯曲的铝合金空心圆管；铰链材质为高强度钢；“加强筋+立柱”连接件是一块弯曲的铝合金板，端部平直有螺孔，中间圆形弯曲；“加强筋+立柱+加强筋”连接件是由两块铝合金板组成，一块平直，另一块两端平直中间圆形弯曲，两块铝板两端有螺孔。
本发明的有益效果是：从材料选择和结构设计两方面进行优化，减轻货车车厢重量，提高公路运输的运输效率，最大程度提高经济效益。
附图说明
图1是复合材料货车车厢整体三维图。
图2是前挡板三维图。
图3是下层栏板三维图。
图4是中层、上层仓栏三维图。
图5是后门三维图。
图6是顶部撑杆三维图。
图7是T字形接头连接处局部放大图。
图8是十字形接头连接处局部放大图。
图9是三向接头连接处局部放大图。
图10是直角接头连接处局部放大图。
图11是铰链连接处局部放大图。
图12是“加强筋+立柱”连接件连接处局部放大图。
图13是“加强筋+立柱+加强筋”连接件连接处局部放大图（1）。
图14是“加强筋+立柱+加强筋”连接件连接处局部放大图（2）。
图15是T字形接头三维图。
图16是十字形接头三维图。
图17是三向接头三维图。
图18是直角接头三维图。
图19是铰链三维图。
图20是“加强筋+立柱”连接件三维图。
图21是“加强筋+立柱+加强筋”连接件三维图。
附：图中各部件的标记如下：1、侧立柱；2、前挡板；3、下层栏板；4、中层和上层仓栏；5、后门；6、顶部撑杆；7、地板；8、T字形接头；9、十字形接头；10、三向接头；11、直角接头；12、铰链；13、“加强筋+立柱”连接件；14、“加强筋+立柱”连接件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1-21，本发明实施例包括：一种复合材料货车车厢结构，主要包括侧立柱1、前挡板2、下层栏板3、中层和上层仓栏4、后门5、顶部撑杆6、地板7、T字形接头8、十字形接头9、三向接头10、直角接头11、铰链12、“加强筋+立柱”连接件13、“加强筋+立柱+加强筋”连接件14；其特征在于：地板5两侧各焊接有7根侧立柱1，其中4根侧立柱1焊接在地板7的四角上，其余侧立柱1均匀分布在地板7两侧，前挡板2位于地板7的头部，前挡板2通过“加强筋+立柱”连接件13、三向接头10与边角的两根侧立柱1固定连接，两块下层栏板3分别焊接于地板7两侧，下层栏板3通过“加强筋+立柱+加强筋”连接件14、三向接头10与两侧的侧立柱1固定连接，两块中层和上层仓栏4分别位于两块下层栏板3上方，通过T字形接头8、十字形接头9与两侧的侧立柱1固定连接，后门位于地板7的尾部，通过铰链12与边角的两根侧立柱1固定连接，直角接头11焊接于后门5边角处，顶部撑杆6焊接于地板7尾部边角的两根侧立柱1上。
所述侧立柱1是由碳纤维复合材料制成的空心圆管，是车厢各模块的连接纽带，是车厢的主要承力构件，其内径46mm、外径60mm，高2000mm，全车共14根，沿车身方向轴距为2130mm，左右轴距为2040mm。前挡板2、下层栏板3、中层和上层仓栏4、后门5、部分顶部撑杆6都是安装连接在侧立柱1上的。模块组装时，需要预先将T字形接头8、十字形接头9、三向接头10、铰链12、“加强筋+立柱”连接件13按需要、按顺序安装在侧立柱1上，然后进行各模块组装。货车的钢制底盘预留圆形槽，除地板7外的所有模块与侧立柱1安装成车架后，车架吊装到货车钢制底盘上，侧立柱1插进底盘预留圆形槽中。
所述前档板2由上下横梁、碳纤维复合材料平板和纵向、横向加强筋组成。上下横梁为空心圆管，加强筋截面形状为工字型，材质均为碳纤维。制造这两个模块时，先制造好碳纤维上下横梁与工字型加强筋，碳纤维编织布再绕过上下横梁进行铺层，制成一体化的碳纤维横梁与平板，然后再与工字型加强筋共固化，前档板2。前挡板2由三向接头10连接在前侧立柱上，并用“加强筋+立柱”13连接件加固。上下横梁内径30mm，外径40mm（在编织布绕过横梁铺层制造平板之前，横梁内径30mm，外径38mm），横梁长2430mm；碳纤维平板尺寸为1710mm×1215mm，厚2mm；横向和纵向加强筋截面为工字形。横向工字形加强筋上下缘条厚度为1.5mm，筋条厚16mm，端面平整；纵向工字型加强筋截面尺寸与横向加强筋相同，但端面与上下横梁接触。加强筋可分布在车厢内侧或外侧2种方案，横向加强筋有2根，纵向加强筋5根，均匀分布。
所述下层栏板3由上下横梁、碳纤维复合材料平板和纵向、横向加强筋组成，全车共有该栏板12块，制造工艺与前挡板2相同。下层栏板3由T字形接头8、十字形接头9和三向接头10连接到侧立柱1上，并用“加强筋+立柱”连接件13和“加强筋+立柱+加强筋”连接件14加固。上下横梁内径30mm，外径40mm（在编织布绕过横梁铺层制造平板之前，横梁内径30mm，外径38mm），横梁长2070mm；碳纤维平板尺寸为2070mm×590mm，厚2mm；横向和纵向加强筋截面形状为工字形，横向工字形加强筋上下缘条厚度为1.5mm，筋条厚26mm，端面平整；纵向工字型加强筋上下缘条厚度为1.5mm，筋条厚16mm，端面与上下横梁接触。加强筋可分布在车厢内侧或外侧2种方案，横向加强筋有1根，纵向加强筋4根，均匀分布。
所述中层和上层仓栏4为碳纤维复合材料空心圆管组成的桁架结构，该桁架结构由T字形接头8把上下横梁和竖直方向圆管连接而成。组装时，T字形接头8横向的圆柱套在上下横梁上，纵向的空心圆柱用来安装竖直方向碳纤维圆管。组装好的仓栏由十字接头9、T字形接头8和三向接头10连接在侧立柱1上。全车共有该仓栏24块。上下横梁内径30mm，外径40mm，管长2070mm，轴距410mm；竖直方向圆管内径20mm，外径26mm，管长370mm，轴距345mm。
所述后门5由上下横梁、碳纤维复合材料平板和横向、纵向加强筋组成主体结构（该主体结构与前档板、下层栏板结构制造方法相同），全车总共有两块。再用直角接头11将主体结构的上下横梁与两侧门柱连接起来，并以“加强筋+立柱”连接件13加固。每个车厢有两扇后门5，后门5用铰链12连接在后侧立柱上，在连接上下横梁与两侧门柱前，需要先在门柱上装好铰链12。上下横梁与门柱的碳纤维管内径30mm，外径40mm，长分别是1145mm、1730mm；直角接头，内径40mm，外径46mm；碳纤维复合材料平板尺寸为1180mm×1770mm，厚2mm；横向加强筋有7根，纵向加强筋有1根，均匀分布。横向工字形加强筋上下缘条厚度为1.5mm，筋条厚16mm；纵向工字型加强筋截面尺寸与横向加强筋相同。两个方向的加强筋的端面均与碳纤维圆管接触。
所述地板7由6块2146mm×2480mm的碳纤维编织布和玻璃纤维编织布组成的层合板组成，中间部分为玻璃纤维层合板，厚度2mm，上下部分为碳纤维层合板，厚度1mm。地板上打孔，用沉头螺栓连接在沿车身方向的梁上。
所述顶部撑杆6是一根内径为18mm，外径为20mm的弯管，材料为铝合金，用十字形接头9连接在侧立柱1顶部或者上仓栏上。全车一共13根，间距为1060mm或1070mm。
所述T字形接头8由两段相互垂直的铝合金空心圆柱焊接成，是中层和上层仓栏4组装的连接件和中层和上层仓栏4、下层栏板3与前后侧立柱间的连接件。T字形接头8的尺寸有两种：一种是组装中层和上层仓栏4的接头，接在仓栏横梁上的圆柱内径40mm，外径46mm，圆柱长120mm，全车228个；另一段圆柱内径26mm，外径32mm，圆柱长45mm；一种是前、后侧立柱和下层栏板3、中层和上层仓栏4之间的连接件，全车一共20个，安装在侧立柱上的一段圆柱内径60mm，外径66mm，圆柱长100mm，另一段圆柱内径40mm，外径46mm，焊接在前一段圆柱的中段位置，圆柱长45mm。
所述十字形接头9由三段铝合金空心圆管焊接成，其中两段同轴，垂直于另外一段。十字形接头9有两种，一种是下层栏板3、中层和上层仓栏4与侧立柱间的连接件，全车一共60个，安装在侧立柱上1的一段圆柱内径60mm，外径66mm，圆柱长100mm，另外两端圆柱同轴的，内径40mm，外径46mm，焊接在前一段圆柱的中段位置，圆柱长45mm；第二种是仓栏与顶部撑杆6间的连接件，全车一共12个，安装在仓栏横梁上的一段圆柱内径40mm，外径46mm，圆柱长120mm，另外两端圆柱同轴的，安装竖直仓栏圆管的一段内径26mm，外径32mm，焊接在前一段圆柱的中段位置，圆柱长45mm，另一段接撑杆，内径20mm，外径26mm。
所述三向接头10由三段两两互相垂直的铝合金空心圆管焊接成，是前侧立柱连接前挡板2、上仓栏、下层栏板3的一种接头，三向接头10一段圆管套在前侧立柱上，一段圆管接前挡板2横梁，一段圆管接上仓栏横梁或者下层栏板3横梁，全车一共4个。安装在侧立柱1上的一段圆柱内径60mm，外径66mm，圆柱长100mm，另两段圆柱内径40mm，外径46mm，焊接在前一段圆柱的中段位置，圆柱长45mm。
所述直角接头11为90°弯曲的铝合金空心圆管，内径40mm，外径46mm，是后门5组装的连接件，全车一共8个。
所述铰链12是连接后门5与后侧立柱的连接件，全车共6个。连接在后侧立柱上的圆柱体内径60mm，外径70mm，圆柱长100mm，连接小圆柱体的板厚8mm，板宽10mm，小圆柱体内径8mm，外径16mm；连接在后门上的圆柱体内径40mm，外径50mm，圆柱长100mm，连接小圆柱体的板厚8mm，板宽10mm，小圆柱体内径8mm，外径16mm；转轴为8mm的实心圆柱，材料均为高强度钢。
所述“加强筋+立柱”连接件13材料为铝合金，尺寸有两种。第一种是前挡板2与前侧立柱、下层栏板3与前后侧立柱间的加固连接件，厚度为6mm，全车一共8个；第二种是后门5组装的连接件，厚度为3mm，全车一共16个。
所述“加强筋+立柱+加强筋”连接件14是相邻两块下层栏板3和侧立柱1间的加固连接件，材料为铝合金，厚度为3mm，全车一共10组。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种复合材料货车车厢结构，主要包括侧立柱、前挡板、下层栏板、中层和上层仓栏、后门和地板复合材料部件以及T字形接头、十字形接头、三向接头、直角接头、铰链、“加强筋+立柱”连接件、“加强筋+立柱+加强筋”连接件等金属接头；其特征在于：侧立柱安装在货车底盘上；前挡板由三向接头连接在前侧立柱上，并用“加强筋+立柱”连接件加固；下层栏板由十字形接头、T字形接头和三向接头连接到侧立柱上，并用“加强筋+立柱”连接件或“加强筋+立柱+加强筋”连接件加固；组装好的仓栏由十字接头、T字形接头和三向接头连接在侧立柱上；后门用铰链连接在后侧立柱上；地板通过沉头螺栓与货车底盘连接。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征在于：所述侧立柱是由碳纤维复合材料制成的空心圆管，是车厢的主要承力构件。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征在于：前档板由上下横梁、碳纤维复合材料平板和纵向、横向加强筋组成，上下横梁为空心圆管，加强筋截面形状为工字型，材质均为碳纤维。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征在于：下层栏板由上下横梁、碳纤维复合材料平板和纵向、横向加强筋组成，上下横梁为空心圆管，加强筋截面形状为工字型，材质均为碳纤维。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征在于：中层和上层仓栏为碳纤维复合材料空心圆管组成的桁架结构。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征在于：后门由上下横梁、碳纤维复合材料平板和横向、纵向加强筋组成主体结构，再用直角接头将主体结构的上下横梁与两侧门柱连接起来，并以“加强筋+立柱”连接件加固，制成车厢的后门。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征在于：地板是碳纤维编织布和玻璃纤维编织布组成的层合板，中间部分为玻璃纤维层合板，上下部分为碳纤维层合板，通过沉头螺栓与货车底盘连接。
8.根据权利要求1所述的一种复合材料货车车厢结构，其特征是：T字形接头由两段相互垂直的铝合金空心圆柱焊接成；十字形接头由三段铝合金空心圆管焊接成，其中两段同轴，垂直于另外一段；三向接头由三段两两互相垂直的铝合金空心圆管焊接成；直角接头为90°弯曲的铝合金空心圆管；铰链材质为高强度钢；“加强筋+立柱”连接件是一块弯曲的铝合金板，端部平直有螺孔，中间圆形弯曲；“加强筋+立柱+加强筋”连接件是由两块铝合金板组成，一块平直，另一块两端平直中间圆形弯曲，两块铝板两端有螺孔。
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