РАМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к транспортным средствам, в частности к грузовым автомобилям с лестничными рамами.
Наибольшее распространение получили швеллерные лонжероны переменного сечения открытого профиля. При этом высота лонжерона выбирается исходя из эпюры действующих на него изгибающих моментов так, чтобы напряжения, возникающие в лонжероне, были относительно равномерными по всей его длине. В наиболее напряженных зонах лонжеронов применяют усилители. Поперечины, соединяющие лонжероны между собой имеют самую разнообразную конфигурацию и конструкцию. Чаще всего их конфигурация определяется конструкцией узлов транспортного средства.
Известна лестничная рама, состоящая из двух продольных лонжеронов, связанных между собой поперечинами. (1)
Недостатком конструкции такой рамы является ее равнопрочность, в то время как нагрузка распределяется по длине рамы неравномерно. Как правило, максимальная нагрузка на раму действует в местах крепления кронштейнов подвески автомобиля.
Известна рама транспортного средства, содержащая лонжероны швеллерного типа, связанные между собой поперечинами, и усилители, прикрепленные к лонжеронам и расположенные в местах крепления кронштейнов, в которой каждый из лонжеронов снабжен дополнительным усилителем, своей формой повторяющим форму лонжерона и расположенным по всей длине с плотным прилеганием наружной поверхности дополнительного усилителя и внутренней поверхности лонжерона (2).
Недостатком известной рамы является то, что лонжерон выполнен из одного листа металла и концы загибов скреплены между собой так, что он представляет собой одно целое, т.е. лонжерон с удвоенной площадью поперечного сечения. Такая конструкция лонжерона рамы транспортного средства не снижает напряжение кручения и тем самым уменьшает прочность и надежность рамы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является рама грузового автомобиля МА3-543208 (3).
Рама транспортного средства содержит два лонжерона швеллерного типа переменного сечения открытого профиля. Кронштейны для установки подвески и других узлов и деталей прикреплены к лонжеронам. Лонжероны снабжены местными усилителями, размещенными в местах крепления кронштейнов подвески и соединены между собой поперечинами. Применение местного усилителя, снижая нагрузку на раму в месте крепления кронштейна подвески, приводит к увеличению нагруженности участков у края усилителя (примерно в 1,3-1,5 раза), что у высоконагруженных рам в определенных эксплуатационных условиях может вызвать в этом месте поломку лонжерона. (3)
Недостатком данной конструкции является недостаточная долговечность лонжеронов.
В соответствии с законом Гука динамическое нагружение рамы автомобиля вызывает ответное смещение элементов лонжеронов в местах крепления кронштейнов или других элементов крепежа. Возникающие при этом напряжения не должны превышать допустимых значений, исходя из заданных параметров по прочности и долговечности. При увеличении нагрузки на раму для снижения напряжений при заданных геометрических размерах элементов лонжерона (основания и полки) увеличение толщины листа, из которого изготовляется лонжерон, эффективно лишь при определенных условиях, связанных с технологией изготовления и конструктивными особенностями поперечного сечения лонжерона. Только
утолщение лонжерона по всей длине (увеличение его высоты) не приведет к увеличению прочности и долговечности рамы транспортного средства, так как не будет соблюдаться соотношение h/b=2,8...3,5 (4), что может привести к появлению трещин в металле.
Установлено, что предельное соотношение высоты стенки и полок лонжерона должно соответствовать следующей величине
h/b=2,8...3,5;
где h - высота стенки лонжерона,
b - ширина полки лонжерона;
то есть с учетом компоновочных возможностей и действующих ограничений максимальная высота лонжерона для транспортного средства автомобиля не должна превышать 310 мм, в противном случае может произойти потеря устойчивости стенки с появлением трещин в местах установки болтов и заклепок (4).
Возможность незначительных смещений в точках контакта лонжерона с дополнительным усилителем приводит к самоустановке и эффективному распределению нагрузки и выравниванию по длине лонжерона напряжений, приводящих к увеличению прочности с сохранением жесткости, следовательно и долговечности лонжеронов и всей рамы в целом. Возможность использования различных дополнительных усилителей позволяет иметь унифицированный ряд лонжеронов рам под разные нагрузки транспортного средства.
Кроме того, применение местного усилителя, снижая нагрузку на раму в месте крепления кронштейна подвески, приводит к увеличению нагруженности участков рамы у края усилителя (примерно в 1,3-1,5 раза), что может вызвать в этом месте поломку лонжерона у высоконагруженных рам в определенных эксплуатационных условиях (5).
Задачей заявляемого технического решения является повышение долговечности рамы транспортного средства за счет снижения
напряженного состояния лонжеронов в условиях вынужденных деформаций.
Поставленная задача достигается тем, что рама транспортного средства, содержащая соединенные между собой посредством поперечин лонжероны швеллерного типа и местные усилители, прикрепленные к лонжеронам в местах крепления кронштейнов подвески, каждый лонжерон выполнен, по крайней мере, из двух отдельных деталей - основной и вложенной адаптированных по форме и контактирующих между собой по всей длине, с возможностью незначительных смещений в точках их контакта, при этом толщина стенки вложенной детали равна или меньше толщины стенки основной детали.
Изготовление лонжерона, состоящего из двух деталей, позволяет снизить напряжения от повышения динамических нагрузок за счет увеличения эффективной толщины лонжерона. Наружная поверхность дополнительной детали плотно прилегает к внутренней поверхности лонжерона, при этом существует возможность незначительных смещений в точках контакта вложенной и основной деталей лонжерона. Что приводит к их самоустановке и эффективному распределению нагрузки за счет выравнивания и уменьшения напряжений по всей длине лонжерона. Таким образом, значительно увеличивается долговечность лонжеронов. Все это позволяет увеличить прочность рамы транспортного средства в целом с сохранением ее жесткости.
Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".
Предложенное решение промышленно применимо, так как может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно,
осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
На фиг.1 - общий вид рамы с кронштейном подвески.
На фиг.2 показан разрез А-А фиг.1.
Рама транспортного средства содержит правый лонжерон 1 и левый 2, кронштейн 3 подвески, поперечины 4, местный усилитель 5 (фиг.1). Каждый из лонжеронов 1 и 2 выполнен из двух деталей: основной 6 и вложенной 7 (фиг.2). Кронштейн 3 подвески закреплен на лонжеронах 1 и 2 (фиг.1). Местный усилитель 5 также закреплен с помощью крепежных элементов на лонжеронах 1 и 2 и расположен вблизи места крепления кронштейна 3 подвески (фиг.1). Поперечины 4 соединяют правый 1 и левый 2 лонжероны. Наружная поверхность 8 вложенной детали 7 каждого лонжерона 1 и 2 плотно прилегает к внутренней поверхности 9 основной детали 6 (фиг.2).
Устройство работает следующим образом:
При движении транспортного средства на его раму действуют с одной стороны вертикальные нагрузки от веса узлов и деталей автомобиля, с другой стороны усилия со стороны дороги; таким образом, возникает суммарная сила, которая деформирует основную 6 и вложенную 7 детали и поперечину 4 рамы. В результате в лонжеронах 1 и 2 рамы возникают напряжения, которые распределяются пропорционально соответствующим величинам нагрузок, действующим в данном сечении, и моменту сопротивления сечения. При нагрузках происходит взаимное смещение вложенной детали 7 каждого из указанных лонжеронов 1 и 2 в точках контакта с основной деталью 6 относительно друг друга, что приводит к их самоустановке и позволяет разгрузить опасные зоны лонжеронов, так как напряжения в этом случае распределяются равномерно.
Применение заявляемой полезной модели позволяет создать унифицированный ряд лонжеронов рам под разные нагрузки
транспортного средства при значительном увеличении долговечности и надежности конструкции рамы.
Источники информации:
1. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. Москва, Машиностроение, 1989 г., стр.292-293, рис.263.
2. Патент Великобритании №GB 2331051, «Рама транспортного средства», D62D 21/02, опубл. 12.05.1999 г.
3. Каталог деталей и сборочных единиц автомобилей МА3-642208, МА3-642205..., Минский автомобильный завод, Минск, 2002 г., стр.324-327, рис.84. - прототип.
4. Яценко Н.Н., Жогов Л.А., Исследование напряжений в рамах автомобилей при подготовке форсированных испытаний, Автомобильная промышленность, №4, 1967 г., стр.17, рис.1.
5. Гельфрат Д.Б., Ошноков В.А., Рамы грузовых автомобилей. М.:
Машгиз, 1959 г., - с.68.