РАМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
TRANSPORT FACILITY FRAME

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к автомобилестроению, и может быть использовано при производстве грузовых автомобилей с рамной компоновкой.
Прежде чем переходить к описанию аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Рассмотрим типичную конструкцию рамы грузового автомобиля и, например, переднюю подвеску автомобиля, описанную в источнике «Седельный тягач Урал-63674. Руководство по эксплуатации 63674-3902035 РЭ (издание первое), ОАО A3 «Урал», г.Миасс, 2006 г., стр.32, 33 и рис.25. Рама автомобиля состоит из двух лонжеронов, выполненных из металлических швеллеров постоянного сечения, жестко соединенных между собой несколькими поперечинами. Передняя подвеска состоит из двух продольных параболических рессор, работающих совместно с гидравлическими амортизаторами телескопического типа. Рессоры устанавливаются с помощью кронштейнов, жестко крепящиеся к лонжерону рамы. В данной конструкции подвески для обеспечения достаточного хода рессор в вертикальной плоскости (в направлении лонжерона рамы) приходится относить рессоры от лонжерона рамы на 150-180 мм за счет высоты кронштейнов крепления рессор. В результате этого обеспечивается необходимый ход рессоры и предотвращается соударение рессор с лонжероном рамы (при наезде автомобиля на препятствие типа ямы, выбоины, выпуклости и т.д.), однако автомобиль приобретает при этом следующие крайне отрицательные недостатки:
- отнесение рессор от лонжерона рамы приводит к более высокому расположению центра тяжести автомобиля относительно полотна дороги, что увеличивает вероятность его опрокидывания на поворотах и при движении по косогору;
- увеличивается общая высота автомобиля, которая жестко регламентируется Правилами дорожного движения Российской Федерации (пункт 23.5 упомянутых Правил) и не должна превышать 4,0 м (наибольшее расстояние от полотна дороги до конструктивных элементов автомобиля либо оборудования, монтируемого на шасси автомобиля). Отметим, что данные недостатки присущи автомобилям с подобной конструкцией рамы и подвески.
Известны аналоги заявляемого изобретения, например рама автомобиля, описанная в патенте RU 2037444, МПК B62D 21/02, опубл. 19.06.1995 г., состоящая из лонжеронов и поперечин, одна из которых, расположенная над кронштейнами задней подвески, выполнена в виде двухтавровой балки и двух стоек в форме кронштейнов крепления верхних реактивных штанг подвески. Аналогу присущ тот же недостаток, что и вышеописанной конструкции, а именно для обеспечения достаточного хода рессор используются кронштейны крепления рессор с увеличенной высотой, что приводит к увеличению высоты автомобиля и ухудшению его устойчивости.
В качестве прототипа как наиболее близкого к заявляемому техническому решению выбрана рама транспортного средства, описанная в патенте RU 2025371, МПК B62D 21/02, опубл. 30.12.1994 г., содержащая лонжероны, связанные поперечинами. Поперечины выполнены из замкнутых прямоугольных полых профилей. Большие стороны профилей расположены вертикально. Отношение высоты к ширине профиля поперечины равно отношению толщины его вертикально расположенной стенки к толщине стенки, размещенной горизонтально. Прототипу присущ тот же недостаток, что и аналогу.
Задачей изобретения является создание такой конструкции рамы, которая бы обеспечивала достаточный ход рессор подвески без ухудшения устойчивости автомобиля к опрокидыванию и без увеличения его высоты.
Достигается это тем, что в известной раме транспортного средства, содержащей лонжероны, выполненные из швеллера и жестко соединенные между собой посредством поперечин, согласно изобретению в зоне расположения передних и/или задних рессор транспортного средства, со стороны каждого лонжерона, обращенной к рессоре, выполнена выемка в виде арки с сохранением на ней полки швеллера, при этом зона максимальной высоты арки расположена над зоной максимального хода рессоры в вертикальной плоскости.
Суть изобретения поясняется на фиг.1-3, на которых схематично изображены соответственно лонжерон рамы с аркой и рессорой, вид лонжерона с аркой в изометрии и компьютерное моделирование стадий выштамповки арки на лонжероне.
Лонжерон 1 рамы транспортного средства (см. фиг.1, на которой показан один из лонжеронов, поперечины на фиг.1 не показаны), выполненный из металлического швеллера, имеет кронштейны 2, жестко крепящиеся к лонжерону 1, к которым крепится рессора, например передняя, выполненная из упругих металлических листов 3, скрепленных стремянкой 4. В зоне расположения рессоры, со стороны лонжерона 1, обращенной к рессоре, выполнена выемка в виде арки 5 с сохранением на ней полок 6 швеллера, при этом зона максимальной высоты арки (на фиг.1 обозначена зона А и выделена жирной линией) расположена над зоной максимального хода рессоры в вертикальной плоскости (на фиг.1 обозначена как зона Б и выделена жирной линией). Направление движения рессор к лонжерону 1 на фиг.1 показано стрелкой. Сохранение полок 6 швеллера вдоль арки 5 необходимо для жесткости лонжерона. Вид арки 5, выполненной на лонжероне 1, в изометрии показан на фиг.2.
Работает заявляемое устройство следующим образом. При наезде колес автомобиля, например, на выпуклое препятствие усилие, действующее на колесо со стороны препятствия, частично передается на рессору 3, и она, изгибаясь, перемещается по направлению стрелки к лонжерону 1. При этом максимальное перемещение в направлении к лонжерону имеет зона «Б» рессоры 3. Наличие в лонжероне 1 выемки в виде арки 5 позволяет увеличить возможный ход рессоры на величину h (относительно величины хода рессоры в отсутствие арки 5). Таким образом, наличие арки в лонжероне рамы устраняет необходимость отнесения рессоры от лонжерона за счет увеличения высоты кронштейнов крепления рессор, что, в свою очередь, приводит к снижению высоты центра тяжести автомобиля, улучшению его устойчивости и снижению общей высоты автомобиля. Дополнительным положительным эффектом применения арки на лонжероне рамы является снижение вероятности соударения рессоры о лонжерон рамы (это может привести к разрушению рессоры) в случае непредвиденного наезда автомобиля на препятствие (например, яму или резкий выступ дорожного полотна).
Заявителем проведено посредством метода конечных элементов математическое моделирование процесса переформовки исходного профиля лонжерона в профиль с выемкой в виде арки. Анализ показал принципиальную возможность формирования арки в исходном профиле лонжерона из стали марки 10Г2ФБЮ, используемой для изготовления лонжеронов. При этом в зоне арки предварительно делается технологический вырез, как показано на верхнем фрагменте лонжерона на фиг.3, на которой показаны стадии процесса формообразования арки. Величины напряжений, остающиеся в металле после формирования арки, находятся в допустимых пределах. Высота h в расчете (см. фиг.1) составила при этом 100 мм. Доформовка арки в исходном лонжероне может быть осуществлена на стандартном прессовом оборудовании отечественного либо импортного производства, что удовлетворяет критерию «промышленная применимость» заявляемого технического решения.
По мнению заявителя, предлагаемое техническое решение обладает новизной и наличием существенных отличительных признаков по сравнению с аналогами и прототипом, в связи с чем может быть защищено патентом на изобретение.