Патент на изобретение №2314937

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ВЫСОКОЙ ПРОХОДИМОСТИ (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Изобретение относится к автомобилестроению. Способ изготовления автомобиля с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов сопряженной массы этого автомобиля, заключается в изготовлении металлической рамы для установки указанных колес, имеющей продольные брусья и поперечины, и присоединение этой рамы к жестко соединенным между собой металлическим, неизмененным и частично измененным внешним панелям, лонжеронам, порогам, усилителям и другим элементам кузова от серийно выпускаемого автомобиля меньших внешних габаритов. При этом указанные неизмененные и частично измененные внешние панели, лонжероны, пороги, усилители и другие элементы кузова присоединяют к указанной раме жестко посредством сварки. Технический результат заключается в увеличении несущей способности несущей конструкции автомобиля, снижении массы и увеличении объема салона кузова без увеличения габаритов автомобиля. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к автомобилестроению, в частности к амфибийным транспортным средствам с пневматическими колесами, имеющим возможность передвижения как по земле, так и по воде, в частности, изобретение относится к способу изготовления плавающих автомобилей, возможность удержания которых на плаву обеспечивается либо за счет объема воздуха, содержащегося только в собственных колесах, либо за счет объема воздуха в собственных колесах, который обеспечивает большую часть плавучести и объема дополнительных средств, которыми оборудуется автомобиль, небольшого сравнительно с объемом в собственных колесах.

Такой способ изготовления плавающих автомобилей позволяет во многом унифицировать их с неплавающими и за счет этого значительно снизить затраты на организацию производства плавающих автомобилей, а также снизить их себестоимость. Для этого в кузов неплавающего автомобиля, изготовленный крупносерийным или массовым производством, устанавливают колеса с внутренним объемом воздуха, обеспечивающим плавучесть автомобиля.

В патенте RU №2143980, В60С 5/00, B62D 61/10, опубл. 2000.01.10 установлена зависимость между массой и габаритами шин, при которых обеспечивается плавучесть вездехода. Для этого в колесном транспортном средстве, содержащем кузов и колеса с пневматическими шинами, общее водоизмещение которых обеспечивает его плавучесть, отношение полной массы транспортного средства к произведению их наружного диаметра шины на ширину ее профиля и количество колес с шинами составляет 0,004-0,007 МПа, а отношение массы каждой шины к ее внутреннему объему равно 45-80 кг/м³.

В соответствии с данной зависимостью, при одной и той же снаряженной массе плавающих и неплавающих автомобилей, в плавающих автомобилях устанавливают пневматические колеса более чем в два раза большего диаметра и ширины, чем в неплавающих.

Чтобы установить такие большие колеса (например, для поддержания на плаву автомобиля «ТРЭКОЛ-19041», унифицированного по кузову с автомобилем УАЗ, используются колеса с внешним диаметром 1,3 м) в кузовах упомянутых выше неплавающих автомобилей, нельзя сохранить прежнюю, предназначенную для колес меньших габаритов конструкцию несущей системы автомобиля. Увеличивать для этого колесную колею и таким образом выносить большие колеса за габариты автомобиля для обеспечения их работы вне недостаточного для них пространства, ограниченного прежними колесными нишами, предназначенными для колес меньших габаритов, нецелесообразно, так как указанное увеличение колесной колеи приведет к превышению предельной ширины транспортного средства (2,5 м), допустимой для движения по дорогам общего пользования без специальных разрешений. При этом ширина автомобиля возрастет более чем на метр, что уменьшит его возможности по проходимости. Кроме того, из-за увеличенного расстояния между колесами, при сохранении прежней несущей системы автомобиля, нагрузки на подвески колес и на саму несущую систему увеличатся пропорционально указанному расстоянию. Кроме того, увеличатся и амплитуды угловых колебаний колес автомобиля и его неподрессоренные массы, что особенно нежелательно при колесах с большой массой. В конечном итоге общая масса автомобиля возрастет, а унификация по шасси уменьшится. Также нельзя и поднять кузов над указанными большими колесами на величину, достаточную для их перемещений вне пространства указанных колесных ниш, предназначенных для колес меньших внешних габаритов, так как при этом, вследствие соответственного очень большого увеличения высоты центра тяжести автомобиля, недопустимо увеличатся момент, вызывающий крен кузова относительно колес, и момент, опрокидывающий автомобиль. Ограничиться увеличением колесных ниш, оставив при этом без увеличения прежнее расстояние между осями передних и задних колес, также не удасться, так как в этом случае одно из больших передних колес плавающего автомобиля, при установке его в кузов неплавающего автомобиля на место колеса меньших размеров, внедрится в салон кузова автомобиля в зоне размещения педалей управления и ног водителя.

В указанном известном способе изготовления плавающего автомобиля задача установки больших колес в уже изготовленный серийно кузов неплавающего автомобиля, изначально предназначенный для установки в нем значительно меньших колес, решается путем увеличения колесных ниш и обязательного при этом смещения оси передних колес вперед от салона на необходимое с учетом вышесказанного расстояние. При этом, так как расстояние между осями передних и задних колес увеличивается, то пропорционально увеличиваются изгибающие нагрузки на несущую систему автомобиля и, кроме того, возрастают угловые перемещения передних и задних колес относительно друг друга и кузова. Это произойдет даже в случае сохранения прежней крутильной жесткости несущей системы автомобиля, так как длина ее скручивания возрастет. Следовательно, для реализации указанного способа требуется новая по геометрическим параметрам и прочностным показателям несущая система автомобиля.

Наиболее простой и дешевый способ решения этой задачи заключается в изготовлении новой несущей рамы и последующем ее соединении с кузовом автомобиля. При этом удается во многом унифицировать плавающий и неплавающий автомобили не только по кузову, но и по шасси, а ширина, высота и длина автомобиля увеличиваются в приемлемых пределах.

За прототип изобретения (для обоих заявленных объектов) принят способ изготовления автомобиля ТРЭКОЛ – 39041» с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву этого автомобиля (статья «Современный транспорт для бездорожья». Специализированный ежегодный журнал «Внедорожник», 2004 г., ООО «Издательский Дом «Третий Рим», стр.208, 209).

Способ изготовления плавающего автомобиля на базе серийно выпускаемого кузова неплавающего автомобиля содержит изготовление металлической рамы для установки указанных габаритных колес. Рама имеет продольные брусья и поперечины. Указанную раму присоединяют через резиновые подушки к металлическим лонжеронам и усилителям серийно выпускаемого кузова неплавающего автомобиля. Указанные лонжероны и усилители жестко связаны между собой и с внешними панелями, а также с другими элементами кузова. При этом внешние панели передней и задней частей кузова частично изменены для увеличения колесных ниш. Достоинством этого способа изготовления плавающего автомобиля является высокая степень унификации с неплавающими автомобилями массового производства. Однако в описанном способе изготовления плавающего автомобиля раму присоединяют к жестко связанным между собой, неизмененным и частично измененным внешним панелям, лонжеронам, усилителям и другим элементам кузова путем присоединения через резиновые подушки. Указанное обуславливает восприятие нагрузок от колес и от большей части массы автомобиля, в основном рамой, что значительно увеличивает ее массу и, следовательно, снижает массу перевозимого автомобилем груза, особенно на плаву.

Кроме того, так как рама при восприятии закручивающих нагрузок скручивается относительно кузова из-за нежесткого соединения с ним посредством резиновых подушек, то из-за соответствующих перемещений участков рамы с местами присоединения к раме подвесок колес колеса имеют соответствующие дополнительные перемещения относительно кузова. Из-за этих дополнительных перемещений колес и связанных с ними элементов конструкции шасси кузов с размещенными в нем агрегатами устанавливается относительно колес на большем расстоянии, что увеличивает высоту центра тяжести автомобиля со всеми нежелательными при этом последствиями, в том числе по управляемости и устойчивости автомобиля. В указанном способе изготовления отмеченное усугубляется большей, как было отмечено, нагруженностью рамы и увеличением длины ее скручивания и, следовательно, увеличением и по этой причине дополнительных перемещений колес и соответствующего увеличения расстояния установки кузова над колесами.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по изменению конструкции в части присоединения дополнительной рамы при внесении изменений в габаритные размеры серийного кузова, что позволяет увеличить несущую способность конструкции автомобиля и при этом повысить изгибную и крутильную жесткость его несущей конструкции. За счет указанного снижаются масса автомобиля и высота центра тяжести автомобиля.

Во втором варианте способа, кроме указанного, решается техническая задача увеличения полезной площади и объема салона кузова без увеличения габаритов автомобиля.

Достигаемый при этом технический результат в первом варианте способа заключается в улучшении плавучести и повышении проходимости за счет снижения массы, и в улучшении устойчивости, управляемости и комфорта вследствие увеличения крутильной жесткости несущей конструкции и понижения высоты центра тяжести автомобиля, что уменьшает колебания кузова относительно колес и поверхности передвижения.

Во втором варианте способа достигаемый технический результат, кроме указанного, заключается в том, что за счет увеличения полезной площади и объема салона в пределах габаритов шасси автомобиля, то есть без увеличения габаритов автомобиля, увеличивается либо его пассажировместимость, либо объем перевозимого груза.

Указанный технический результат для первого варианта способа заключается в том, что в способе изготовления плавающего автомобиля с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов снаряженной массы этого автомобиля, заключающемся в изготовлении металлической рамы для установки указанных колес, имеющей продольные брусья и поперечины, и присоединение этой рамы к серийно выпускаемому кузову для неплавающего автомобиля, металлическую раму присоединяют к указанному кузову жестко посредством сварки. При этом в передней части кузова указанные продольные брусья рамы жестко присоединяют сваркой к усилителям моторного отсека через расположенные на расстоянии друг от друга металлические стойки, а в средней части кузова эти брусья жестко присоединяют сваркой к лонжеронам непосредственно, а к порогам через поперечины.

Указанный технический результат для второго варианта способа заключается в том, что в способе изготовления плавающего автомобиля с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов снаряженной массы этого автомобиля, заключающемся в изготовлении металлической рамы для установки указанных колес, имеющей продольные брусья и поперечины, и присоединение этой рамы к серийно выпускаемому кузову, в серийно выпускаемом кузове от его центральной части, имеющей лонжероны, отделяют его боковые части, имеющие пороги, и их раздвигают на заданное расстояние от центральной части, затем дополнительными элементами кузова соединяют боковые части с центральной и приваривают к лонжеронам центральной части указанную металлическую раму, продольные брусья которой присоединяют сваркой к порогам через поперечины. При этом в передней части кузова указанные продольные брусья рамы жестко присоединяют сваркой к усилителям моторного отсека через расположенные на расстоянии друг от друга металлические стойки.

Указанные признаки для каждого варианта являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 – кузов с рамой для амфибийного транспортного средства по первому варианту исполнения;

фиг.2 – соединение рамы с кузовом в зоне моторного отсека стойками (разрез А-А на фиг.3);

фиг.3 – кузов, соединенный с дополнительной рамой (вид снизу);

фиг.4 – разделенный на части кузов с рамой для амфибийного транспортного средства по второму варианту исполнения;

фиг.5 – то же, что на фиг.4, в собранном виде.

Согласно настоящему изобретению рассматривается способ изготовления плавающего транспортного средства, не менее восьмидесяти процентов плавучести снаряженной массы которого обеспечивается объемом воздуха в герметичных полостях его колес. Указанное позволяет в этом способе изготовления амфибийного автомобиля использовать кузов от серийного неплавающего автомобиля, но при этом масса этого плавающего автомобиля, согласно закону Архимеда, не может быть больше массы воды, вытесняемой водонепроницаемым объемом погруженных в воду частей автомобиля, в основном колес. Следовательно, грузоподъемность и полезный объем кузова такого плавающего автомобиля определяются исходя из указанного ограничения. Для поддержания на плаву неплавающих автомобилей, исходя из реальных весовых и объемных параметров серийно выпускаемых неплавающих автомобилей и в соответствии с зависимостью, приведенной в патенте RU №2143980, в кузов серийно выпускаемого неплавающего автомобиля надо установить колеса с диаметром и шириной более чем в два раза большими, чем у колес, для которых этот серийный кузов был предназначен, что связано с определенными вышеотмеченными трудностями. Например, в изготавливаемый массовым производством кузов автомобиля «Нива», который часто используют для производства таких плавающих автомобилей, устанавливают колеса диаметром 1,3 м и шириной свыше 0,53 м. Однако возможность применения серийно изготавливаемого кузова в рассматриваемом способе изготовления позволяет исключить создание нового специального кузова для плавающего автомобиля, что потребует серьезных капиталовложений и длительной работы не только на создание, но и доведение такого кузова до надежной с необходимой несущей способностью и жесткостью конструкции. Кроме того, потребуются очень большие средства на организацию производства, в том числе на создание дорогой технологической штамповочной оснастки для производства новых кузовов. Так как амфибийные транспортные средства выпускаются небольшими партиями, а иногда единичными экземплярами, то проведение таких работ теряет целесообразность. В связи с этим для амфибийных вездеходов используются как кузова существующих конструкций автомобилей, применяемые без переделки, так и эти же кузова, в которые вносятся коррективы, в частности их удлинение или уширение с тем, чтобы сформировать больший по объему салон, позволяющий перевозить не только несколько человек, но и груз.

По первому варианту изготовления автомобиля используется кузов 1, например, автомобиля «Нива» без переделки.

Способ изготовления плавающего автомобиля с колесами 2, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов снаряженной массы этого автомобиля по первому варианту исполнения (фиг.1-3), заключается в том, что сначала изготовляют дополнительную металлическую раму 3, на которую будет осуществлена установка крупногабаритных колес, обеспечивающих плавучесть. Рама выполняется прямой из продольных брусьев 4 и поперечин 5. Затем эту раму присоединяют к серийно выпускаемому кузову, жестко посредством сварки. Приваривание металлической рамы к кузову осуществляется под кузовом непосредственно к лонжеронам 6 кузова. Таким образом, объединенная в одно целое дополнительная рама с лонжеронами образуют конструкцию, имеющую площадь и периметр поперечных сечений всегда больше площади и периметра соответствующих сечений взятой отдельно дополнительной рамы, а учитывая, что лонжероны соединены неразъемно сваркой с остальными элементами кузова, то указанные параметры этой конструкции несущей системы существенно превосходят аналогичные параметры отдельной рамы. Так как напряжения при изгибе и кручении обратно пропорциональны третьей степени линейных размеров поперечных сечений такой конструкции (см. «Сопротивление материалов», В.И.Феодосьев, М.: «Наука». 1972, стр.129), то можно существенно уменьшить размеры металлической рамы и ,таким образом, уменьшить общую массу конструкции без снижения ее несущей способности. При этом изгибная и крутильная жесткость указанной пространственной конструкции также существенно увеличиваются. Большая несущая способность и жесткость пространственных конструкций в сравнении с рамными доказана на практике сравнительными испытаниями автомобилей массового производства с упомянутыми теми и другими несущими системами (см., например, «Авторевю», 2001, №7, стр.44).

Следовательно, дополнительная рама, соединенная в единое целое с кузовом, под действием соответствующих нагрузок меньше скручивается, и поэтому, а также благодаря тому, что в конструкции по изобретению между дополнительной рамой и кузовом нет резиновых подушек, вследствие чего взаимные перемещения рамы и кузова отсутствуют, колеса, установленные на раме, меньше перемещаются относительно кузова. Вследствие этого углы установки колес относительно кузова, друг друга и дороги изменяются меньше. В результате устойчивость и управляемость автомобиля возросла.

Кроме этого, вследствие указанного, так как кузов меньше раскачивается при движении, увеличилась комфортабельность автомобиля.

Благодаря ранее указанному меньшему перемещению колес относительно кузова, а также тому, что рама с кузовом соединена непосредственно, без резиновых подушек между ними, кузов и размещенные в нем агрегаты установлены на меньшей высоте над колесами и, следовательно, над дорогой. Таким образом, снижены высота центра тяжести автомобиля и высота пола кузова над дорогой. Вследствие уменьшения высоты центра тяжести снижен момент, вызывающий крен и раскачивание кузова. Это дополнительно к уже достигнутому ранее улучшило управляемость, устойчивость и комфортабельность автомобиля, уменьшило возможность его опрокидывания. Меньшая высота пола салона над дорогой облегчила посадку и погрузку в автомобиль.

Таким образом, при использовании способа изготовления плавающего автомобиля по изобретению увеличивается плавучесть автомобиля в соответствии с зависимостью, описанной в патенте RU №2143980, а также улучшается его устойчивость, остойчивость, управляемость и комфорт по указанным выше причинам.

Так как металлическая рама выполняется плоской, что технологически выгодно, то в передней части кузова, то есть в части моторного отсека (фиг.2), указанные продольные брусья рамы жестко присоединяют сваркой к усилителям 7 моторного отсека через расположенные на расстоянии друг от друга металлические стойки 8, а в средней части кузова эти брусья жестко присоединяют сваркой к лонжеронам непосредственно, а к порогам 9 через поперечины 10.

Способ изготовления плавающего автомобиля с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов снаряженной массы этого автомобиля по второму варианту исполнения (фиг.3, 4), также заключается в изготовлении металлической рамы 3 для установки указанных колес, имеющей продольные брусья и поперечины, и присоединение этой рамы к серийно выпускаемому кузову так, что продольные брусья этой рамы привариваются снаружи к низу кузова к лонжеронам самого кузова, как это уже показано в отношении первого варианта исполнения.

Однако данный способ рассматривает пример, когда серийно выпускаемый кузов требует переделки для увеличения его внутреннего объема в пределах габаритов автомобиля, которые во всех аналогичных способах и в данном возрастают из-за большей ширины колес, в соответствии с зависимостью, описанной в патенте RU №2143980.

В серийно выпускаемом кузове 1 от его центральной части 11, имеющей лонжероны 6, отделяют его боковые части 12, имеющие пороги 9, и их раздвигают на заданное расстояние от центральной части 11, затем дополнительными элементами 13 кузова соединяют боковые части 12 с центральной частью 11.

В этом варианте способа изготовления автомобиля внешние панели неизмененные и частично измененные, от кузова автомобиля меньших внешних габаритов, изготавливаемого массовым производством, жестко соединяют на большем между ними расстоянии в пределах габаритов шасси амфибийного автомобиля, посредством специально изготовленных для этого автомобиля новых элементов кузова. Благодаря этому внутренние размеры салона плавающего автомобиля и его вместимость увеличиваются при неизменных внешних габаритах плавающего автомобиля.

После соединения элементов кузова между собой продольные брусья металлической рамы 3 присоединяют сваркой к порогам 9 через поперечины 10.

Так же, как и в первом варианте исполнения, в передней части кузова указанные продольные брусья рамы жестко присоединяют сваркой к усилителям моторного отсека через расположенные на расстоянии друг от друга металлические стойки (фиг.2). В средней части кузова эти брусья также жестко присоединяют сваркой непосредственно к лонжеронам 6 кузова и порогам 9 через поперечины 10.

Такой способ позволяет в большей степени увеличить жесткость передней части несущей конструкции автомобиля, а непосредственное соединение рамы с лонжеронами и жесткое ее соединение через поперечины с порогами позволяет равномерно распределить нагрузку по кузову, через функционально предназначенные для этого элементы кузова от автомобиля меньших габаритов массового производства. Это также позволяет уменьшить массу плавающего автомобиля.

В результате, как и в первом варианте исполнения способа изготовления плавающего автомобиля, во втором варианте исполнения способа изготовления плавающего автомобиля уменьшена масса автомобиля, улучшены его управляемость, устойчивость, остойчивость и комфортабельность, и при этом увеличены полезная площадь и объем салона, что позволяет увеличить либо пассажировместимость, либо объем перевозимого груза.

Настоящее изобретение промышленно применимо, изготовлены образцы плавающих автомобилей и проведены испытания, которые полностью подтвердили выводы, изложенные применительно к настоящему изобретению.

Формула изобретения

1. Способ изготовления плавающего автомобиля с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов снаряженной массы этого автомобиля, включающий в себя изготовление металлической рамы для установки указанных колес, имеющей продольные брусья и поперечины, и присоединение этой рамы к серийно выпускаемому кузову неплавающего автомобиля, отличающийся тем, что металлическую раму присоединяют к указанному кузову жестко посредством сварки.

2. Способ изготовления автомобиля по п.1, отличающийся тем, что в передней части кузова указанные продольные брусья рамы жестко присоединяют сваркой к усилителям моторного отсека через расположенные на расстоянии друг от друга металлические стойки, а в средней части кузова эти брусья жестко присоединяют сваркой к лонжеронам непосредственно, а к порогам через поперечины.

3. Способ изготовления плавающего автомобиля с колесами, имеющими внутренний объем воздуха, достаточный для поддержания на плаву не менее восьмидесяти процентов снаряженной массы этого автомобиля, включающий в себя изготовление металлической рамы для установки указанных колес, имеющей продольные брусья и поперечины, и присоединение этой рамы к серийно выпускаемому кузову неплавающего автомобиля, отличающийся тем, что в указанном серийно выпускаемом кузове от его центральной части, имеющей лонжероны, отделяют его боковые части, имеющие пороги, и их раздвигают на заданное расстояние от центральной части, затем дополнительными элементами кузова соединяют боковые части с центральной частью и приваривают к лонжеронам центральной части указанную металлическую раму, продольные брусья которой присоединяют сваркой к порогам через поперечины.

4. Способ изготовления автомобиля по п.3, отличающийся тем, что в передней части кузова указанные продольные брусья рамы жестко присоединяют сваркой к усилителям моторного отсека через расположенные на расстоянии друг от друга металлические стойки.

РИСУНКИ