КУЗОВ ВЕЗДЕХОДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Техническое решение относится к силовым конструктивным элементам каркасов и кузовов транспортных средств, отличающихся по материалу, использованному для их изготовления, и прежде всего к кузовам, выполненным в основном из синтетических материалов.
Известны кузова и кабины вездеходных транспортных средств выполненные из полимерных композиционных материалов. Так конструкция цельнопластмассовой бескаркасной кабины панельно-оболочечного типа (см. с.394 Проектирование полноприводных колесных машин: в 2 т. Т.2. Под общ. ред. А.А.Полунгяна. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000. - 640 с.) обусловлена необходимостью снижения массы транспортного средства и мелкосерийным характером его производства, тоже относится и к кабинам колесных машин ЗИЛ-135, а также к несущему корпусу из полимерных композиционных материалов транспортной амфибии ЗИЛ-135П.
К конструкциям кузовов предъявляются следующие требования: обеспечение прочности, жесткости и долговечности при минимальной массе, высокой технологичности и низкой стоимости. Кроме того необходимо обеспечить защиту людей от воздействий окружающей среды (осадков, колебаний температуры и т.п.), эргономичность и эстетичность.
Композиционные материалы находят широкое применение как при производстве кузовов в целом, так и для изготовления отдельных их элементов. Наиболее полно преимущества таких конструкций могут быть реализованы при использовании полимерных композиционных материалов.
Давно известен кузов плавающего автомобиля по SU 142895. Он содержит внутреннюю и наружную оболочки кузова, пространство между которыми заполнено самовспенивающимся веществом (пенополиуретаном), который связывает оболочки в монолитную трехслойную конструкцию. Это повышает его плавучесть, а также прочность и жесткость, однако выполнение его полностью несущим, усложняет размещение и крепление агрегатов трансмиссии автомобиля.
Панель кузова транспортного средства по SU 1729882 выполнена из вспененного металла (сплава алюминия или титана), при этом она выполняется с постепенным увеличением плотности материала от основы к внешней поверхности панели с образованием фланцев и размещением крепежных элементов на внутреннем слое. Это снижает ее вес и повышает прочность, однако использование сплавов алюминия или титана увеличивают стоимость ее изготовления, в отличие от полимерных композиционных материалов, которые значительно дешевле. Трехслойная панель по SU 561688 образована двумя внешними слоями и внутренним слоем с ребрами жесткости. Для придания знакопеременной кривизны во внутреннем слое выполнены прорези с двух сторон до срединной плоскости, направленные по нормали к внешним слоям. Цельноформованный пол кабины транспортного средства по RU 8669 имеет верхнюю декоративную поверхность из пластика, промежуточный слой ячеистой структуры и силовой слой, выполненный из металла. Вкладыш в кузов пикапа по US 4396219 наряду с выполнением его трехслойным, имеет ребра для увеличения жесткости. Композитный пол полуприцепа по US 5772276 представляет собой трехслойную конструкцию с внешними слоями, между которыми размещен наполнитель. А пластиковая крыша по US 6168231 выполнена двухслойной.
Часто кузова автомобилей, имеющие внешние неметаллические панели усиливают дополнительным каркасом.
Автомобиль по RU 74886, содержит трубчатый каркас с продольными, поперечными и вертикальными элементами и закрепленными на нем синтетическими панелями, с установленным в задней части на продольные элементы каркаса съемным модулем, при этом несущая рама и модули боковин жестко соединены между собой, а модуль задней части выполнен съемно-откидным. Крепление синтетических панелей на каркасе осуществлено разъемным соединением без соединения их между собой. Пространство между продольными и вертикальными элементами модулей боковин заполнено вспененным пенополиуретаном со стекловолоконным наполнителем. Выполнение модуля задней части съемно-откидным облегчает доступ в пространство задней части и его крепление на каркасе, однако то, что синтетические навесные панели связаны только с элементами каркаса и при этом не соединены между собой, уменьшает жесткость кузова, что снижает его надежность и безопасность. Выполненные в виде одной детали пол, крыша и боковые стенки, пластмассового кузова по RU 2060191 с установленным на раме шасси каркасом внутренней части кузова, отвечают условиям производства только малогабаритных, легких транспортных средств.
Кузов из полимерного материала транспортного средства по RU 98390, содержит, пол, боковые стенки, крышу, двери и окна. Он выполнен из термопластичного полимерного материала методом экструзии и имеет внутреннюю герметичную сотовую конструкцию. Выполнение данного кузова из полимерного материала, который содержит модифицирующие добавки, позволяющие изменять эксплуатационные свойства термопластичного полимера для получения композиционного материала с заданными параметрами, вряд ли сможет улучшить эксплуатационные свойства самого кузова.
Выполнение внутренних помещений различных транспортных средств из многослойных панелей обусловлено их большей жесткостью. Корпус прицепа по US 3788682, при этом довольно прост. А из US 4440434 известен автомобильный кузов с пластиковыми формообразующими панелями, и способ их соединения. Открытый стеклопластиковый кузов автомобиля по US 4491362 обладает, к тому же малой массой, но при этом требует применения отдельной рамы в качестве несущего элемента. Цельноформованный кузов автомобиля-пикапа по US 4705716 выполнен из легкого, высокопрочного многослойного композиционного материала. При этом, жесткость распределена неравномерно по толщине материала и выполнена большей с одной из сторон. Кузов железнодорожного вагона (см., US 5433151) также изготовлен из сотовых панелей. Модульная конструкция пластикового кузова по US 7287797 проста в сборке и легко устанавливается на раме шасси, однако, она малофункциональна из-за низкой вместимости. Стеклопластиковый кузов с поддерживающими элементами (элементами жесткости) и их соединение представлены в US 7341298. Композитные кузовные панели по US 2004104601 предназначены для установки на пространственном каркасе автомобиля. Кузов автобуса из композиционных материалов по WO 2007056840 представляет собой модульную конструкцию. Конструктивно схож с ним кузов транспортного средства по DE 3838686, имеющий сформованные с элементами каркаса сэндвич панели, образующие отдельные модули, которые в соединении с другими модулями образуют оболочку кузова. Комбинированная модульная конструкция по EP 891910 состоит из штампованных секций и композитных панелей. В EP 0864483 кузов транспортного средства состоит из основания, крыши, двух вытянутых боковин соединенных с основанием и крышей, которые выполнены из сэндвич панелей и соединены друг с другом.
На эксплуатационные характеристики кузовов вездеходных транспортных средств, наряду с материалом, влияют и компоновочные решения. Это в частности, форма остова, расположение и размеры проемов, выполнение оперения и подвижных его элементов.
Кузов вездеходного транспортного средства ПЕТРОВИЧ 354-60 (6×6) ООО «ЭКОТРАНС» (см. сайт компании http://www.petrovichauto.ru) имеет каркас, выполненный из гнутых закрытых стальных профилей, а его панели в виде сэндвича из листового алюминия и пенопласта обшиты мягкими материалами. Кузов ПЕТРОВИЧА выполнен однообъемным, с надвинутым на передние крылья внутренним помещением, головные светотехнические приборы установлены на передке под лобовым стеклом, а проемы боковых дверей размещены за боковыми окнами, расположенными непосредственно над крыльями передних колес. Свободная планировка обеспечивает комфорт для пассажиров, однако большой объем внутреннего пространства кабины делает ее очень тяжелой, что снижает ее эксплуатационные характеристики. Кузова собирают постовым методом с применением модульной технологии, осуществляемой высококвалифицированными кадрами. Как указано в журнале эти модели делают на специализированном оборудовании, что неизбежно приводит к излишним затратам.
Основу кузова вездеходного транспортного средства ВИКИНГ ООО НПО «АТОН ИМПУЛЬС» (см. сайт компании http://www.atonimpulse.com) составляет пространственная двухуровневая рама, сваренная из металлических труб квадратного сечения. Кузов выполнен по сути двухобъемным с панорамным лобовым остеклением и ступенчатой крышей. Расположение водителя по центру и смещение его к передней оси обусловлено центральномоторной компоновкой ВИКИНГА с размещением двигателя в салоне, что уменьшает внутреннее пространство кузова, ухудшая его эксплуатационные характеристики. Крылья подняты на уровень капота, а фары встроены в облицовку передка, при этом проемы боковых дверей размещены в пределах базы. Такая конструкция обладает минимально необходимой жесткостью, благодаря интеграции стального каркаса в общую силовую структуру стеклопластикового кузова, однако использование дешевого стального профиля, из которого делают каркасы легких торговых палаток, снижает прочность, а следовательно и безопасность. При этом получить значительного выигрыша по массе кузова не удается.
Кузов транспортного средства повышенной проходимости по RU 63353, 63354 выполнен в виде усеченной пирамиды с круговым остеклением, при этом лобовые стекла наклонены назад и разделены посередине. Боковые облицовки кузова и грузового модуля состоят из плоских панелей с остеклением. Капот наклонен вниз от лобовых стекол. Размещение фар над лобовыми стеклами, под передним бампером, над передним бампером между ребрами, и под крышкой капота с размещением дополнительных световых устройств желтого цвета по бокам капота и по углам крыши улучшает освещенность вокруг кузова и делает его более заметным, однако не учитывает требований установки световых приборов. Оснащение дверью задней стенки грузового модуля, и размещение боковых дверей на расстоянии друг от друга упрощает доступ в кузов. В то же время размещение между боковыми дверьми арок средних колес сужает полезное пространство в средней части кузова, а объединение кабины с боковыми распашными дверьми и грузового модуля создает неудобства при его эксплуатации.
Кабина по RU 67175 для колесных транспортных средств имеет остов с криволинейными боковыми сторонами, плавным сопряжением крыши с передней и задней стенками, дверями, расположенными на боковых стенках, окна с остеклением по периметру и расположенный на крыше люк. Покатая крыша плавно сужается в переднем направлении, а плавные скругления углов и ребер добавляют привлекательности прямоугольной, по сути, форме кабины. Однако объем внутреннего пространства недопустимо мал, поэтому она малофункциональна.
То же относится и к цельноформованному монококу кабины многоцелевого транспортного средства на шинах сверхнизкого давления по RU 72631, 72632 и 72633, размещенному на раме между осями ходовой части. Кабина имеет две двери, открывающиеся по ходу движения, большую площадь остекления, люк на крыше и капот спереди кабины с двумя площадками для размещения фар, симметричный относительно продольной оси транспортного средства. Выполнение над передними колесами открытых спереди щитков и отсутствие задних крыльев плохо защищает кабину от загрязнения, что отражается на ее эксплуатационных характеристиках и функциональности самого транспортного средства.
Кузов вездеходного транспортного средства по RU 50655 характерен трехдверным салоном, наклоненным вперед капотом, наличием прямых вертикальных боковой и задней стенок кузова. Широкая дверь в задней стенке кузова, люк в крыше и наличие передних и задних крыльев с расположением на них круглых светоприборов, а также соединение крыльев широкими подножками повышает удобство пользования кузовом, но разделенное лобовое стекло и малый объем внутреннего помещения, ограничивают функциональность данного кузова.
Кузов вездеходного транспортного средства по RU 77244, содержит кабину с боковыми дверями, передним и боковыми остеклением, перед которой сформирован отсек капота. За кабиной расположен салон вагонного типа с боковинами, вдоль которых сформированы ниши для размещения пневматических колес, а также задняя дверь для входа в салон. Кузов выполнен из нижней части в виде герметичного короба, на котором размещены кабина и салон вагонного типа, с каркасом из профилей, к которым приклепаны алюминиевые плоские листы. При этом кабина отделена от салона вагонного типа поперечной перегородкой, что наряду с выполнением кабины меньшей ширины, чем салон значительно снижает функциональность. Выполнение задней двери откидываемой вверх создает дополнительные неудобства при пользовании кузовом.
Таким образом, эксплуатационные характеристики многочисленных приведенных технических решений кузовов транспортных средств, отличающихся по материалу, использованному для их изготовления, и прежде всего кузовов, выполненных из синтетических материалов, не отвечают жестким требованиям, предъявляемым к кузовам вездеходных транспортных средств.
Известна несущая конструкция автомобиля по RU 2093403, имеющая установленный на раме кузов с мотоотсеком и салоном для пассажиров с проемами. Кузов имеет элементы жесткости, образующие каркас который связан с рамой разъемным соединением и клеевым соединением с обшивкой, при этом элементы жесткости выполнены из металла, а обшивка из полимерного композиционного материала. Стойки каркаса соединены между собой поперечинами. Каркас в кузове с обшивкой из полимерного композиционного материала, безусловно, придает ему дополнительную жесткость, однако при наличии отдельной рамы неоправданно увеличивает массу несущей конструкции. А выполнение единым элементом внешних частей обшивки - крыши, боковины, передней и задней панелей, требует повышенной точности их изготовления и усложняет монтаж на каркасе, что не технологично, к тому же при повреждении одного элемента потребуется замена всей обшивки, что, несомненно, ухудшает его эксплуатационные характеристики.
Задача-улучшение эксплуатационных характеристик кузова вездеходного транспортного средства.
Улучшение эксплуатационных характеристик кузова вездеходного транспортного средства, обеспечено выбором материала и рациональным его применением.
Для этого в кузове вездеходного транспортного средства, содержащем остов с проемами, оперение и подвижные элементы, остов и подвижные элементы выполнены из материала с переменной жесткостью, при этом наибольшая жесткость выполнена у наружного слоя.
Такие трехслойные полимерные композиционные конструкции, состоящие из двух внешних слоев и внутреннего слоя - наполнителя обладают достаточно большой жесткостью, при сравнительно малой толщине наружной и внутренней панелей из стеклопластика. В качестве слоя-наполнителя могут применяться, например, сотовые панели из полипропилена, а также листовой пенопласт на ПВХ основе. Наиболее полно их преимущества могут быть реализованы при создании кузовов вездеходных транспортных средств.
Выполнение остова и подвижных элементов из материала с переменной жесткостью, при наибольшей жесткости у наружного слоя, в кузове вездеходного транспортного средства, содержащем остов с проемами, оперение и подвижные элементы позволило достичь технического результата, а именно улучшить эксплуатационные характеристики кузова вездеходного транспортного средства, поскольку выполнение остова и подвижных элементов из материала с переменной жесткостью, при наибольшей жесткости у наружного слоя, в полной мере соответствует условиям эксплуатации кузова вездеходного транспортного средства.
Материалом для внешних оболочек кузова может служить полиэфирный или эпоксидный стеклопластик, обладающий малым удельным весом, достаточно высокими прочностными, теплозвукоизоляционными и антикоррозийными свойствами, легкостью формования, возможностью окрашивания материала в массе без последующей наружной окраски и хорошей ремонтопригодностью. Такому кузову легко может быть придана в процессе его изготовления необходимая геометрическая форма, обеспечивающая функциональность и улучшенные эксплуатационные характеристики кузова.
Тому же способствует то, что кузов оснащен капотом, расположенным по существу над передними крыльями от выступов передних светотехнических приборов до нижней границы проема лобового стекла.
Выполнение капота с трапециевидными углублениями по бокам и отверстиями на прилегающей к проему лобового стекла стороне, улучшает охлаждение двигателя, а также внешний вид кузова.
Выполнение проемов под светотехнические приборы на передних крыльях и задней стенке остова функционально, т.к. отвечает требованиям безопасности и эргономики.
Повышению удобства эксплуатации кузова способствует выполнение на задней стенке остова проемов симметрично проему задней двери.
Панели кузова могут быть изготовлены контактным способом, способом напыления или прессованием в штампах. Производство подобных кузовов может быть организовано в кратчайшие сроки без больших капитальных затрат с использованием рабочих низкой квалификации.
Изображено на:
фиг.1 - Остов кузова;
фиг.2 - Продольное сечение кузова;
фиг.3 - Кузов;
фиг.4 - Поперечное сечение кузова;
фиг.5 - Фрагмент верхней части кузова;
фиг.6 - Фрагмент нижней части кузова;
фиг. 7 - Передок;
фиг. 8 - Задняя стенка;
Кузов вездеходного транспортного средства содержит остов 1 (фиг.1) с проемами 2 (фиг.2), оперение 3 (фиг.3) и подвижные элементы 4. Остов 1 и подвижные элементы 4 выполнены из материала 5 (фиг.4) с переменной жесткостью, при этом наибольшая жесткость выполнена у наружного слоя 6 (фиг.5 и 6).
Выполнение остова 1 и подвижных элементов 4 из материала 5 с переменной жесткостью, при наибольшей жесткости у наружного слоя 6, в кузове вездеходного транспортного средства, содержащем остов 1 с проемами 2, оперение 3 и подвижные элементы 4 позволило достичь технического результата, а именно улучшить эксплуатационные характеристики кузова вездеходного транспортного средства, поскольку выполнение остова 1 и подвижных элементов 4 из материала 5 с переменной жесткостью, при наибольшей жесткости у наружного слоя 6, в полной мере отвечает условиям эксплуатации кузова вездеходного транспортного средства.
Кузов оснащен капотом 7, расположенным по существу над передними крыльями 8 от выступов 9 передних светотехнических приборов до нижней границы 10 проема 11 лобового стекла.
Выполнение капота 7 с трапециевидными углублениями 12 (фиг. 7) по бокам и отверстиями 13 на прилегающей к проему 11 лобового стекла стороне, улучшает охлаждение двигателя и внешний вид кузова.
Проемы 15 и 16 под светотехнические приборы на передних крыльях и задней стенке 14 (фиг. 8) остова, а также проемы 17 симметрично проему 18 задней двери 19, выполненные на задней стенке остова отвечает требованиям безопасности, эргономики и улучшают эксплуатационные характеристики кузова вездеходного транспортного средства.
Кузов функционирует следующим образом.
Кузов вездеходного транспортного средства предназначен для размещения пассажиров и груза внутри остова 1. Это удобно, т.к. кузов оснащен проемами 2, а подвижные элементы 4 улучшают его эксплуатационные характеристики. Для этого остов 1 и подвижные элементы 4 выполнены из материала 5 с переменной жесткостью, при этом наибольшая жесткость выполнена у наружного слоя 6. Доступ в моторный отсек упрощает капот 7, расположенный по существу над передними крыльями 8 от выступов 9 передних светотехнических приборов до нижней границы 10 проема 11 лобового стекла. Проемы 15 и 16 на передних крыльях 8 и задней стенке 14 остова позволяют разместить светотехнические приборы. Функциональные возможности кузова расширяет выполнение на задней стенке остова проемов 17 симметрично проему 18 задней двери 19.