SE524453C2 - Fordonshytt - Google Patents

Description

20 25 30 524 453 delen av patentkravet 1. Enligt uppfinningen uppvisar taksvällaren en deformationszon i taksvällarens främre mot nämnda A-stolpe riktade del, där deformationszonen är indelad i en uppsättning konsekutivt anordnade segment och är anordnad med en geometri vilken tillser att tryckspänningen i den mest belastade punkten i varje segment är konstant eller minskande för följande segment i riktning bakåt. Genom deformationszonen tillses att taksvällaren deformeras vid kollision under upptagande av energi. Genom utformningen av deformationszonen tillses att deformationszonens segment plastiseras i riktning framifrån och bakåt under upptagande av energi. Detta medför att taksvällaren inte kommer att kunna böjas eller brytas av förrän hela deformationszonen deformerats. Risken för att taksvällaren bryts eller böjs okontrollerat utanför deformationszonen reduceras härmed dels genom att fordonets inbromsas under upptagande av energi i deformationszonen, dels genom att erforderlig kraft för åstadkommande av böjning eller brytning är större för en kortare balk. Genom denna samverkan kan risken för okontrollerad utanför böjning eller brytning av taksvällaren deformationszonen reduceras avsevärt under användande av deformationszoner av måttlig längd.

Deformationszonen är enligt vad som ovan angivits indelad i segment. Enligt en utföringsform av uppfinningen är segmenten anordnad med en geometri vilken tillser att tryckspänningen i den mest belastade punkten för varje tvärsnitt inom varje segment är konstant eller minskande i riktning bakåt.

Detta innebär att tryckspänningen i den mest belastade punkten för varje tvärsnitt inom hela deformationszonen är konstant eller minskande i riktning bakåt.

Enligt en alternativ utföringsform innefattar varje segment en försvagning av taksvällaren i form av en bucklingsanvisning eller ett utskott. Plastisering kommer att påbörjas i närheten av bucklingsanvisningarna där segmentet uppvisar störst tryckspänning. Genom den geometriska utformningen av 10 15 20 25 30 524 455 - | ~ . ; a I 0 O '- taksvällaren och försvagningarna tillses att deformationszonens segment plastiseras i riktning framifrån och bakåt under upptagande av energi.

Segmenten utgör sålunda en virtuell indelning av deformationszonen, där varje segment innefattar, i det fall att lokala försvagningar förekommer, en sådan försvagning.

I de beroende patentkraven anges föredragna utföringsformer vilka tillhandahåller ytterligare reducerad risk för knäckning av taksvällaren.

FIGURBESKRlVNING Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritningsfigurer, där: fig. l visar schematiskt en fordonshytt enligt teknikens ståndpunkt, fig.2 visare schematiskt en fordonshytt enligt teknikens ståndpunkt där taksvällaren knäckts vid en kollision, fig. 3 visar schematiskt samma kollisionsförlopp som i figur 2, där en taksvällare enligt uppfinningen nyttjats, fig. 4 visar en simulering av ett kollisionsförlopp där en taksvällare enligt uppfinningen nyttjas, fig. 5 visar ett belastningsfall av en taksvällare fig. 5a - d visar skilda tekniska lösningar för åstadkommande av deformationszoner hos taksvällaren, lO 15 20 25 30 524 4-53 n.

. . « Q ; o | n o ~ o - o . ø u o: fig. 6 visar erforderlig tryckkraft för plastisk deformation av taksvällaren som funktion av läget i längdriktningen hos taksvällaren fören för ett visst fordon optimerad utformning av deformationszonen, fig. 7 visar en hytt enligt uppfinningen i perspektivvy.

FÖREDRAGEN/-NA UTFÖRINGSFORM/-ER I figur 1 visas en vy från sidan av en hytt l enligt teknikens ståndpunkt.

Hytten är uppbyggd kring en ramkonstruktion 2 vilken på var sida av hytten innefattar en främre A-stolpe 3, i förekommande fall en mellanliggande B- stolpe 4 och en bakre C-stolpe 5. Dessa stolpar 3 - 5 är huvudsakligen vertikalt riktade och är anordnade att ge hytten stadga samt uppbära en taksvällare 6. Taksvällaren 6 är anordnad att uppbära hyttens tak. Vidare finns i hyttens nedre del en huvudsakligen horisontellt anordnad nedre golvbalk 7 vilken uppbär A-stolpen 3, B-stolpen 4 och C-stolpen 5. Hyttens motsatta icke visade sida uppvisar en identisk uppsättning A-, B- och C- stolpar. Hytten innefattar vidare en främre tvärgående balk (icke visad) vilken förbinder de båda främre bärande A-stolparna med varandra och en bakre tvärgàende balk (icke visad) vilken förbinder de båda bakre bärande B- eller C-stolparna med varandra, Hytten kan förutom golvbalken 7 innefatta ytterligare längsgående balkar 8, vilka är anordnade att ge ytterligare stadga åt hytten.

I figur 2 visas den i figur 1 visade hytten efter kollision med ett fast föremål vilket slagit i hyttens övre del i höjd med taksvällaren. Denna typ av kollision kan förekomma när ett fordon inkläms mot taket i en viadukt. Vid kollisionen har taksvällaren 6 tack vare sin rigida struktur förskjutits bakåt i hytten. Den bakre delen av hytten har därför deformerats till följd av de uppkomna skjuvkrafterna. Skjuvningen medför bland annat att vinkeln oi mellan B-stolpe 4 och golvbalk 7 förändrats. Vinkeln ß mellan C-stolpe 5 och golvbalk 7 samt 10 15 20 25 30 524 455 .. n . . | n ø o u ø | - ø o. vinkeln y mellan A-stolpe 3 och golvbalk 7 har även de förändrats.

Eftersom taksvällaren initiellt inte deformeras nämnvärt blir tryckkraften i taksvällarens längriktning stor. Detta medför att taksvällaren kan komma att knäckas. l figur 2 visas hur taksvällaren 6 knäckts vid infästningen till B- stolpen 4. Vid knäckningen uppkommer mycket stora deformationer i hyttens främre dei, där den främre delen 9 av taksvällaren 6 och A-stolpen 3 viks in i hytten som ett länkarmspar vilket är ledat infäst i taksvällarens knäckningspunkt 10.

I figur 3 visas schematiskt en hytt av samma uppbyggnad som i figur 1 och 2, men där taksvällaren 11 har utformats enligt uppfinningen. Hytten har utsatts Taksvållaren 11 uppvisar en deformationszon 12 i taksvällarens främre mot A-stolpen 3 för samma kollision som den i figur 2 visade hytten. riktade del. Deformationszonen är indelad i en uppsättning konsekutivt anordnade segment 12a - 12e. Deformationszonen 12 är anordnad med en geometri vilken tillser att tryckspänningen i den mest belastade punkten i varje segment 12a - 12e är konstant eller minskande för följande segment i riktning bakåt. Detta medför att hela deformationszonen 12 måste deformeras under upptagande av energi innan taksvällaren kan brytas eller böjas utanför deformationszonen. Vidare tillses genom den geometriska utformningen att plasticering först påbörjas i det främsta segmentet och därefter propagerar i riktning bakåt i konsekutivt efterföjande segment.

Eftersom deformationszonen deformeras under upptagande av energi reduceras belastningen på övriga delar av hytten. Detta medför att deformationen i den bakre delen av hytten blir liten. l det fall att taksvällarens deformationszon komplett deformeras sker kraftpåverkan i taksvällarens längdriktning på en kortare taksvällare än initiellt. En kortare taksvällare kan belastas med högre last innan knäckning sker för en given dimension av taksvällaren. Vidare har en del av den energi som skall upptas av fordonet vid kollisionen redan åtgått till deformation av 10 15 20 25 30 524 453 n . . @ . » u | ~ ø | n | u | | | o. taksvällarens deformationszon. Genom denna samverkan kan risken för knäckning reduceras avsevärt under användande av deformationszoner av måttlig längd. Eftersom knäckning av taksvällaren inte äger rum, utan i stället taksvällarens deformationszon deformeras, uppstår även mindre deformationer av hyttens främre del. Uppfinningen är särskilt gynnsam då den nyttjas vid hytter där taksvällaren 11 är förenad vid A-stolpen 3 med en mellanliggande vinkel ö understigande 1359 I det fall att knäckning äger rum sker större inträngning i hytten för hytter där A-stolpen bildar en brant front mot taksvällaren, dvs hytter där taksvällaren 11 är förenad vid A-stolpen 3 med en mellanliggande vinkel ö i närheten av 90°.

I figur 4 visas en simulering av ett kollisionsförlopp där en taksvällare enligt uppfinningen nyttjas. Simuleringen visar att knäckning inte äger rum. I figuren visas att taksvällaren 3 är förbunden med A-stolpen 3 i ett förbindelseområde 14. Simuleringen år utförd enligt svensk slagprovserie, frontslagsdelen. Dimensionerna för taksvällarens deformationszon ges av, h=50+3*sqrt(x) mm, dvs A=5O och B=3 i formeln för formen. l simuleringen appliceras dels en tryckkraft vilken verkar längs taksvällaren dels en böjkraft vilken verkar tvärs taksvällaren enligt vad som visas i figur 5. För att erhålla en tryckspänning i taksvällaren vars maximala värde för varje tvärsnitt är konstant längs hela taksvällaren skall höjden h hos taksvällaren variera enligt h=A+Bsqrt(x), där A är proportionell mot den tryckkraft som verkar längs taksvällaren och B är proportionell mot den kraft som verkar tvärs taksvällaren. Förhållandet mellan dessa båda krafter är givna av den standardiserade slagprovsserien. Storleken på A och B optimeras för ett valt lastfall och en given hyttstruktur. Eftersom lokala störkrafter förekommer vid del av balken där islaget sker kommer plastisering att ske från taksvällarens främre del av deformationszonen i riktning bakåt vid en verklig kollision.

Plåttjocklek och material anpassat för att nå bra resultat.

I figur Sa - Sd visas skilda utföringsformer av takvällarens deformationszon.

Deformationszonen är företrädesvis utformad så att den erforderliga 10 15 20 25 30 524 455 - , , . , . . . - » - v a: tryckkraften för p|astisk deformation av taksvällaren ökar från ett förbindelseområde där nämnda taksvällare och främre A-stolpe är förbundna, eller C-stolpe.

Deformationszon är indeladi en uppsättning konsekutivt anordnade segment i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- 23a - 23d, där deformationszonen är anordnad med en geometri vilken tillser att tryckspänningen i den mest belastade punkten i varje segment är konstant eller minskande för följande segment i riktning bakåt. I det fall att deformationszonen är utformad så att böjstyvheten ökar kontinuerligt i riktning bakåt, enligt antingen genom att höjden hos balken ökar utföringsformes som visas i figur 5a eller genom att materialsammansättningen är kontinuerligt förändrad såsom visas i figur 5d, så kan indelningen i segment göras godtyckligt. ldet fall att lokala försvagningar finns anordnade längs balken såsom visas i utföringsexemplen enligt vad som visas i figur 5b och 5c skall varje segment innefatta en sådan försvagning.

I figur 5a uppvisar taksvällaren inom deformationszonen 12 en tvärsnittsarea 13 vilken ökar från ett förbindelseområde 14, där nämnda taksvällare och främre A-stolpe är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. l figuren visas även tre snitt l - l, ll - ll och Ill - lll genom taksvällaren. l det visade föredragna exemplet uppvisar taksvällaren samma bredd B vid de olika tvärsnitten, men ökande höjd i riktning bakåt. l figur 5b uppvisar deformationszonen urtagningar 15 med en tvärsnittsarea D vilken minskar från ett förbindelseområde där nämnda taksvällare och främre A-stolpe är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. Urtagningarna medför att den lastupptagande tvärsnittsarean hos taksvällaren ökar i riktning bakåt längs taksvällaren. Deformationszonen är indelad i segment 23a - 23d där varje segment innefattar en urtagning. l figur 5c uppvisar deformationszonen bucklingsanvisningar 16 anordnade på ett avstånd X från varandra vilket ökar från ett förbindelseområde 14 där 10 15 20 25 30 524 455 n u , , . , , | . q n . o »o nämnda taksvällare och främre A-stolpe är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. Det är även möjligt att utforma bucklingsanvisningarna med skilda djup eller form och på detta sätt åstadkomma att den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren ökar från ett förbindelseområde där nämnda taksvällare och främre A-stolpe är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. Deformationszonen är indelad i segment 23a - 23d där varje segment innefattar en bucklingsanvisning 16.

I figur Sd uppvisar deformationszonen en materialsammansättning anordnad så att den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren ökar i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe.

Materialsammansättningen kan åstadkommas genom att taksvällaren utformas i en legering där sammansättningen varierar längs taksvällarens längd. Legeringen utformas med ökande hårdhetsgrad i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. Alternativt kan taksvällaren åstadkommas genom laminering utformad med ökande hårdhetsgrad i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. Enligt ytterligare en alternativ utföringsform åstadkommes den varierande hårdhetsgraden genom lokal värmebehandling av taksvällaren, varigenom taksvällaren ges lokalt varierande mjukhetsgrad vilken hårdnar i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe. l figur 6 visas en föredragen utföringsform av uppfinningen där taksvällaren inom nämnda deformationszon är utformad så att den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren ökar enligt formeln A+B*X”2, där X motsvarar avståndet från förbindelseomrädet där nämnda taksvällare och främre A-stolpe är förbundna. Detta åstadkommes företrädesvis genom att tillse att höjden hos taksvällaren varierar enligt h = A+B*X”2, varvid den maximala tryckspänningen blir konstant längs hela deformationszonen. Eftersom inga lokala försvagningar förekommer kan hela 10 15 20 25 30 524 4-55 . » ø o ø ~ | u . a - v; deformatiönszonen betraktas som ett segment. I en utföringsform av uppfinningen tillverkas hela taksvällaren med en höjd enligt ovanstående formel från taksvällarens främre ände vid A-stolpen till taksvällaren bakre ände vid B-stolpen. l en 'andra utföringsform överstiger höjden utanför deformatiönszonen den höjd som ges av ovanstående formel.

Enligt föredragna utföringsformer sträcker deformatiönszonen sig längs mellan 50 och 200 mm för en taksvällare med en längd av 1000 mm.

Deformationszonen omfattar sålunda mellan 5 och 20% av taksvällarens längd.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform utformas taksvällaren så att erforderlig tryckkraft för knäckning av taksvällaren är åtminstone 20%, företrädesvis åtminstone 40%, större vid deformationszonens från nämnda förbindelseområde belägna ände än erforderlig tryckkraft för knäckning av taksvällaren vid nämnda förbindelseområde. Detta åstadkommes genom dimensionering av deformationszonens längd. Den erforderliga kraften för knäckning för hela den icke påverkade taksvällaren, dvs. erforderlig tryckkraft för knäckning av taksvällaren vid nämnda förbindelseområde, beräknas teoretiskt där deformatiönszonen antages icke vara deformerbar. Detta är nödvändigt eftersom deformatiönszonen utformats så att knäckning inte kan äga rum innan hela deformatiönszonen deformerats. l figur 7 visas en ramkonstruktion 2 för en fordonshytt enligt uppfinningen.

Ramkonstruktionen 2 innefattar ett par främre A-stolpar 3 och ett par bakre C-stolpar 5. A-stolparna 3 är förbundna av en övre främre tvärgående balk 17 och en nedre främre tvärgående balk 18. C-stolparna 5 är förbundna av en övre bakre tvärgående balk 19 och en nedre bakre tvärgående balk 20. A- och C-stolparna är förbundna via nedre längsgående balkar 21, 22.

Taksvällarna 11 förbinder A-stolpen med B-stolpe i takregionen.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 524 455 10 PATENTKRAV 1) Fordonshytt (1) uppvisande en ramkonstruktion (2) innefattande ett par främre bärande A-stolpar (3), ett par bakre bärande B- eller C-stolpar (4,5) och ett par taksvällare (11) vilka uppbärs av och förbinder nämnda främre bärande A-stolpar (3) med nämnda bakre bärande B- eller C-stolpar (4,5), kännetecknad av att nämnda taksvällare (11) uppvisar en deformationszon (12) i taksvällarens främre mot nämnda A-stolpe (3) riktade del, där nämnda deformationszon (12) är indelad i en uppsättning konsekutivt anordnade segment (23a - 23d), där deformationszonen (12) är anordnad med en geometri vilken tillser att tryckspänningen i den mest belastade punkten i varje segment (23a - 23d) är konstant eller minskande för följande segment i riktning bakåt. Fordonshytt enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda segment (23a - 23d) är anordnad med en geometri vilken tillser att tryckspänningen i den mest belastade punkten for varje tvärsnitt inom varje segment är konstant eller minskande i riktning bakåt. Fordonshytt enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda deformationszon ( 12) är utformad så att den erforderliga applicerade tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren (1 1) ökar från ett förbindelseområde (14) där nämnda taksvällare (11) och främre A-stolpe (3) är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5). Fordonshytt enligt krav 3, kännetecknad av att taksvällaren inom nämnda deformationszon (12) är utformad så att den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren (11) ökar enligt formeln A+B*X”2, där X motsvarar avståndet från förbindelseområdet (14) där nämnda taksvällare (11) och främre 10 15 20 25 30 524 455 - . ~ | | n | q « « a . ~ | a n n. 11 A-stolpe (3) är förbundna. Fordonshytt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att taksvällaren '(11) inom nämnda deformationszon (12) är utformad med en höjd enligt formeln A+B*X”2, där X motsvarar avståndet från förbindelseområdet (14) där nämnda taksvällare (11)(11) och främre A-stolpe (14) är förbundna. Fordonshytt enligt krav 3 eller 4, kännetecknad av att taksvällaren (11) inom nämnda deformationszon (12) uppvisar en tvärsnittsarea vilken ökar från ett förbindelseområde (14) där nämnda taksvällare (11) och främre A-stolpe (3) är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5), varigenom den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren (11) ökar i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5). Fordonshytt enligt krav 3 , 4 eller 5, kännetecknad av att taksvällaren (11) inom nämnda deformationszon ( 12) uppvisar urtagningar (15) med en tvärsnittsarea vilken minskar från ett förbindelseområde (14) där nämnda taksvällare (11) och främre A-stolpe (3) är förbundna , i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5), varigenom den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren (11) ökar i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5). Fordonshytt enligt något av kraven 3 - 6, kännetecknad av att taksvällaren (11) inom nämnda deformationszon uppvisar bucklingsanvisningar (16) anordnade på ett avstånd från varandra vilket ökar från ett förbindelseområde (14) där nämnda taksvällare (11) och främre A-stolpe (3) är förbundna, i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5), 10 15 20 25 30 10) 11) 12) im 524 453 - | o c u . ~ « 4 . u. 12 varigenom den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren ökar i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5). Fordonshytt enligt något av kraven 3 - 7, kännetecknad av att taksvällaren (11) inom nämnda deformationszon (12) uppvisar en materialsammansättning anordnad så att den erforderliga tryckkraften för plastisk deformation av taksvällaren (11) ökar i riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5). Fordonshytt enligt krav 8, kännetecknad av att nämnda materialsammansättning ástadkommes genom lokal värmebehandling av taksvällaren (11), varigenom taksvällaren (11) ges lokalt varierande mjukhetsgrad vilken hårdnari riktning bakåt mot nämnda bakre bärande B- eller C-stolpe (4,5). Fordonshytt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att deformationszonen (12) sträcker sig längs mellan 5 och 20% av taksvällarens längd. Fordonshytt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att erforderlig tryckkraft för knäckning av taksvällaren (11) är åtminstone 20%, företrädesvis åtminstone 40%, större vid deformationszonens från nämnda förbindelseområde (14) belägna ände än erforderlig tryckkraft för knäckning av taksvällaren vid nämnda förbindelseområde (14). Lastfordon innefattande en fordonshytt enligt något av föregående patentkrav.