一种车架结构及起重机的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种车架结构及起重机，其中，车架结构包括箱体结构(1)和设在箱体结构(1)的至少一个拐角(11)处的剪力流导向结构(2)，用于将箱体结构(1)承受扭矩时拐角(11)处的剪力流引导至剪力流导向结构(2)中。本实用新型的车架结构，通过在箱体结构的至少一个拐角处设置剪力流导向结构，能够在车架结构承受扭矩时将一部分剪力流从拐角处引导至剪力流导向结构中，从而比较有效地降低车架结构的弯曲、扭转和翘曲变形，改善箱体结构拐角处的局部受力状况，提高车架结构的抗扭和抗弯刚度，进而提高车架在长期承力时的可靠性。
【专利说明】
-种车架结构及起重机
技术领域
[0001 ]本实用新型设及工程机械技术领域，尤其设及一种车架结构及起重机。
【背景技术】
[0002] 轮式移动起重机是一种设置在汽车上的起重装置，一般由加装支腿的专用汽车底 盘、回转机构和可伸缩式吊重臂构成，运种起重机具有移动便捷、吊重方便高效、拆卸简单 等特点。
[0003] 目前轮式移动起重机产品朝着轻量化的趋势发展，即在追求更高性能的同时，对 自重提出了更低的目标。运给轮式移动起重机的结构部分提出了更高的设计要求和难度。 为了满足设计目标，包括底盘车架在内的结构部件都需要进行结构重量优化，如减小低应 力区的钢板使用厚度、优化结构布置等，从而尽可能地提高截面的承载能力和抗变形能力。
[0004] 车架作为底盘的承载部件，用来放置并固定车辆其它重要部件，如驾驶室、发动机 和车轴等，而且需要具有一定的额外承载能力，W承受来自于起重机座圈W上传递的载荷， 一般简化为轴向力和力矩。其中轴向力作用于车架上产生弯矩分布，车架需要具有一定的 抗弯刚度W抵御弯曲变形；而力矩作用于车架上产生扭矩分布，车架还需要具有一定的抗 扭刚度W抵御扭转变形。
[0005] 现有技术中，如图1所示的结构示意图，车架一般为矩形截面的箱体结构，箱体中 间由隔板分隔成若干段长度较小的箱体结构，由此可W认为每段箱体结构都承受一定的弯 矩和扭矩。此种车架结构抗弯扭性能稳定，但在扭转力矩作用下，截面的变形量较大。当扭 矩作用于箱体上，会在箱体的各个侧板内产生循环的剪力流，剪力流的方向与扭矩的施加 方向有关。运会导致箱体截面发生扭转变形和翅曲变形。扭转和翅曲会导致车架整体的扭 曲变形。较低的扭曲变形有利于车架受力平面的平稳，但较大的扭曲变形将导致车架受力 平面倾斜和受力状况的改变。因而，控制和降低弯曲、扭转和翅曲变形是车架结构设计的一 项要求。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提出一种车架结构及起重机，能够有效降低车架受力时的扭 曲变形，从而提高车架的抗扭性能。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型第一方面提供了一种车架结构，包括箱体结构1和设 在所述箱体结构1的至少一个拐角11处的剪力流导向结构2,用于将所述箱体结构1承受扭 矩时拐角11处的剪力流引导至所述剪力流导向结构2中。
[0008] 进一步地，所述剪力流导向结构2为沿着所述箱体结构1的长度方向延伸的平板结 构。
[0009] 进一步地，所述剪力流导向结构2搭接设置在对应的所述拐角11相邻的两个侧板 12上。
[0010] 进一步地，每个所述剪力流导向结构2在两个侧板12上的搭接点与所述拐角11的 距离相等。
[0011] 进一步地，所述箱体结构1的横截面为矩形或梯形。
[0012] 进一步地，所述剪力流导向结构2沿着所述箱体结构1的部分或整个长度设置。
[0013] 进一步地，所述剪力流导向结构2与所述箱体结构1通过焊接实现固定。
[0014] 为实现上述目的，本实用新型第二方面提供了一种起重机，包括车架，所述车架采 用了上述实施例所述的车架结构。
[0015] 基于上述技术方案，本实用新型的车架结构，通过在箱体结构的至少一个拐角处 设置剪力流导向结构，能够在车架结构承受扭矩时将一部分剪力流从拐角处引导至剪力流 导向结构中，从而比较有效地降低车架结构的弯曲、扭转和翅曲变形，W改善箱体结构拐角 处的局部受力状况，提高车架结构的抗扭和抗弯刚度，进而提高车架在长期承力时的可靠 性。
【附图说明】
[0016] 此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分， 本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当 限定。在附图中：
[0017] 图1为现有技术车架结构的示意图；
[0018] 图2为本实用新型车架结构的一个实施例的结构示意图；
[0019] 图3为本实用新型车架结构在扭矩作用下循环于截面薄壁中的剪力流状态示意 图；
[0020] 图4为本实用新型车架结构在弯矩作用下的拉压应力分布示意图。
[0021] 附图标记说明
[0022] 1-箱体结构;2-剪力流导向结构；11-拐角；12-侧板。
【具体实施方式】
[0023] W下详细说明本实用新型。在W下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。 如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤 其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特 征组合。
[0024] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"长度"、"宽度"、"厚度"等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是 指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本实用新型保护范围的限制。
[0025] 为了提高起重机车架的承力性能，本实用新型提供了一种车架结构，在一个示意 性的实施例中，如图2所示，包括箱体结构1和设在箱体结构1的至少一个拐角11处的剪力流 导向结构2。当车架截面受到扭转力矩作用产生扭转变形时，扭转力矩转化为循环于截面薄 壁中的剪力流，作用车架截面，剪力流导向结构2用于将箱体结构1承受扭矩时拐角11处的 剪力流引导至剪力流导向结构2中。其中，剪力流是指薄壁闭口杆件在受扭情况下，其截面 内剪应力分布与边界平行形成顺流的应力分布形式。
[0026] 运种车架结构既可W用于车架整体截面，即在箱体结构1的各个拐角11处均设置 剪力流导向结构2,也可用于车架部分截面，即在箱体结构1的部分拐角11处均设置剪力流 导向结构2。除此之外，剪力流导向结构2可W沿着箱体结构1的部分或整个长度设置，沿箱 体结构1的部分长度设置较佳地选取车架结构中的薄弱段，运样能够有效地增加薄弱段的 抗弯曲和扭曲性能，沿箱体结构1的整个长度设置的实施例能够较大限度地增加车架结构 的整体抗弯曲和扭曲性能。而且，本实用新型的车架结构除了用在起重机的车架时能够较 好地改善受力情况，同样也可应用于其它各种类型车辆的车架设计中。
[0027] 下面通过将本实用新型与现有技术车架结构的受力情况进行对比，来说明本实用 新型实施例的优点。
[0028] 现有技术的车架结构中，如图1所示，剪力流在矩形截面内循环时，在四个拐角处 W直角的形式转变方向，运会造成拐角处相邻的边会产生非截面中性线方向的挤压，造成 局部受力不均匀而产生翅曲变形，翅曲变形是指非圆截面杆件在扭转变形后，横截面变成 曲面且不再保持为平面的现象称为翅曲。同时还会导致截面在产生扭转变形的同时四个侧 板产生凹凸变形，凹凸变形是指侧面的边缘变为曲线。
[0029] 另外，由于约束扭转而产生的翅曲变形，会在截面上产生二次剪应力和二次扭矩， 再次加剧了截面的扭转变形。二次剪应力和二次扭矩是指薄壁杆件在约束扭转时，各横截 面的翅曲程度的不同引起相邻两截面间纵向纤维的长度改变，因此横截面上产生翅曲导致 的分布不均的正应力，导致薄壁杆件发生弯曲并伴随产生弯曲剪应力。截面内分布的弯曲 剪应力形成相对于截面的附加扭矩。把伴随产生的弯曲剪应力和附加扭矩称为扭转的二次 剪应力和二次扭矩。上述运些因素都增加了车架结构截面的变形量，降低了车架的抗扭性 能。
[0030] 与现有技术相比，本实用新型的该实施例至少具有W下优点之一：
[0031] (1)与普通矩形截面结构相比，带有剪力流导向结构的车架结构使剪力流在一个 转角相对平缓的循环截面内分布，能够改善拐角处的局部受力状况。而且，运种结构能够减 少拐角处的相邻边产生的非截面中性面方向上的相互作用力，从而降低普通矩形截面四个 侧板平面的凹凸变形和矩形截面结构的翅曲形变。进一步地，由于翅曲变形引起的作用于 截面上的二次剪应力和二次扭矩也降低，减少了截面的扭转变形。而且截面本身由于增加 了剪力流导向结构也加强了抗扭刚度，从而减少截面的扭转变形。因而，该实施例可W降低 普通矩形截面结构的扭转和翅曲变形，并改善普通矩形截面四个侧板平面的凹凸变形，从 而提高车架结构的抗扭变形性能。
[0032] (2)该实施例可W改善矩形截面边缘的截面平面内弯曲形变，有利于改善拐角处 的盖板与侧板的受力状况，从而降低局部应力集中程度，增强截面受力性能的可靠性。
[0033] (3)与普通矩形截面相比，由于剪力流导向结构的加入，车架结构的截面抗弯刚度 更高些。并且由于剪力流导向结构的分担作用，侧板的上下边缘的轴向拉压应力得到了降 低，如图4所示，上方的两个剪力流导向结构会为侧板分担部分沿长度方向的拉应力，用圆 点标记拉应力，下方的两个剪力流导向结构会为侧板分担部分沿长度方向的压应力，用叉 形标记压应力。因而截面抗弯性能相对普通矩形截面更好。
[0034] 从上述对本实用新型车架结构的受力分析可W看出，该实施例能够有效地降低车 架结构的弯曲、扭转和翅曲变形，改善箱体结构拐角处的局部受力状况，提高车架结构的抗 扭和抗弯刚度，进而提高车架在长期承力时的可靠性。
[0035] 优选地，剪力流导向结构2为沿着箱体结构1的长度方向延伸的平板结构。运里提 到的箱体结构1的长度方向是指图3所示截面的拉伸方向。平板状的剪力流导向结构2加工 制造比较方便，而且平板结构的厚度优选地与侧板12的厚度相匹配，运样能使车架结够的 刚度较为均匀，从而使受力较为均衡。除了平板结构，剪力流导向结构2也可W是弯曲的板 状结构或者其它类型的结构，只要能对拐角11处的剪力流进行分担即可。
[0036] 在一种结构形式中，如图3所示，剪力流导向结构2搭接设置在对应的拐角11相邻 的两个侧板12上。该实施例的车架结构在箱体结构1截面的拐角11处形成Ξ角形，不仅能够 增加车架结构的刚性，而且在车架结构承受扭矩时，搭接设置的剪力流导向结构2能够使剪 力流整体形成过渡比较平滑的封闭曲线，从而减少截面的扭转变形和翅曲变形;另外，在车 架结构承受弯矩时，搭接设置的剪力流导向结构2也能够增加截面的抗弯强度，分担部分侧 板12上的应力，从而增加车架结构的抗弯性能。
[0037] 优选地，每个剪力流导向结构2在两个侧板12上的搭接点与拐角11的距离相等。运 种设置形式可使截面内拐点11处形成等腰Ξ角形，使拐点11处相邻的两个侧板12受力比较 均衡，而且整个截面内的结构也比较对称，能够较好地提高车架结构的抗扭刚度和抗弯刚 度。而且剪力流导向结构2在相邻两个侧板12上对称搭接的结构也容易加工制造，通用性较 强。
[0038] 在一个具体的实施例中，箱体结构1的横截面为矩形(参考图2)或梯形，箱体结构1 内的至少一个拐角11处设有剪力流导向结构2,其中，在四个拐角11处均设置剪力流导向结 构2的实施例能够较大限度地提高车架结构的抗扭刚度和抗弯刚度。而且，剪力流导向结构 2的形状和安装位置也可W参考上面各实施例中给出的方式。优选地，在矩形截面的拐角11 处增加45°方向的平板状剪力流导向结构2。
[0039] 该具体实施例能够将一部分剪力流从直角拐角导向到剪力流导向结构2所在截面 中（图3)，起到引导剪力流转变方向的作用。剪力流导向结构2使剪力流在一个转角相对平 缓的循环截面内分布，改善了局部受力状况。由于减少了拐角处的相邻边产生的非截面中 性面方向上的挤压，能够降低其引起的四个侧板平面的凹凸形变。而且翅曲变形也因为截 面内力分布的改善而降低，由翅曲引起的二次剪应力和二次扭矩也得到了削减，因而扭转 变形也的到了降低。并且截面本身由于剪力流导向结构的加入也加强了其抗扭刚度，减少 了截面的扭转变形，从而提高了抗扭性能。
[0040] 另外，箱体结构1的截面可W为完全封闭的矩形(参考图2)或梯形，也可W根据需 求使部分侧板12在与相邻侧板12对接的位置高于相邻侧板12的外表面。
[0041] 此种车架结构的加工可采用多种方式，优选地，剪力流导向结构2与箱体结构1通 过焊接的方式实现固定，进一步地，箱体结构1的各个侧板12也可W通过焊接方式固定。在 实际操作时，先焊接箱体结构1的各个侧板12之间的主焊缝，后焊接剪力流导向结构2与侧 板12之间搭接的焊缝。由于起重机车架结构的截面尺寸较大，因而比较适合采用板材焊接 固定的加工方式。另外，对于其它类型车辆中截面尺寸较小的车架结构，也可W采用一体成 型的方式加工，运种方式使车架结构中不会出现接缝，可具备较好的连接强度，从而达到较 高的抗扭转性能和抗弯性能。
[0042] 为了定性地说明本实用新型的实施例相比于现有技术方案的优点，运用有限元分 析手段对普通矩形截面结构和带有剪力流导向结构2的矩形截面结构进行抗扭性能进行定 量对比，包括扭转程度和翅曲程度对比。
[0043] 分别建立两个矩形截面车架小箱体结构模型，本实用新型实施例的模型除剪力流 导向结构2外，其它参数均与现有技术方案相同。箱体结构1的参数为:长1000mm，宽800mm， 高500mm，截面厚度为10mm。受力情况均为一端固定，另一端施加同大小方向的lOOKN.m扭 矩。进行分析后，普通矩形截面和带有剪力流导向结构2的矩形截面模型扭转和翅曲有限元 结果通过表1进行对比。
[0044] 表1普通矩形截面和带有剪力流导向结构的矩形截面模型扭转和翅曲有限元结果 表
[0045]
[0046] 从表1定量对比的结果可W看出，带有剪力流导向结构2的矩形截面模型在抗扭曲 变形性能上优于普通矩形截面模型。
[0047] 另外，本实用新型还提供了一种起重机，例如轮式移动起重机，该起重机包括车 架，车架采用了上述各实施例所述的车架结构。通过采用本实用新型的车架结构，能够提高 起重机的底盘车架抗扭承载性能和抗弯承载性能，相对于普通矩形车架截面更高的抗扭曲 变形性能和抗弯曲变形性能。
[004引 W上对本实用新型所提供的一种车架结构及起重机进行了详细介绍。本文中应用 了具体的实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，W上实施例的说明只是用于 帮助理解本实用新型的方法及其核屯、思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来 说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可W对本实用新型进行若干改进和修饰，运些改 进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种车架结构，其特征在于，包括箱体结构（1)和设在所述箱体结构（1)内的至少一 个拐角（11)处的剪力流导向结构（2)，用于将所述车架结构承受扭矩时拐角（11)处的剪力 流引导至所述剪力流导向结构(2)中。2. 根据权利要求1所述的车架结构，其特征在于，所述剪力流导向结构（2)为沿着所述 箱体结构（1)的长度方向延伸的平板结构。3. 根据权利要求1所述的车架结构，其特征在于，所述剪力流导向结构（2)搭接设置在 对应的所述拐角（11)相邻的两个侧板(12)上。4. 根据权利要求3所述的车架结构，其特征在于，每个所述剪力流导向结构（2)在两个 侧板(12)上的搭接点与所述拐角（11)的距离相等。5. 根据权利要求1~4任一所述的车架结构，其特征在于，所述箱体结构（1)的横截面为 矩形或梯形。6. 根据权利要求1~4任一所述的车架结构，其特征在于，所述剪力流导向结构(2)沿着 所述箱体结构（1)的部分或整个长度设置。7. 根据权利要求1~4任一所述的车架结构，其特征在于，所述剪力流导向结构(2)与所 述箱体结构（1)通过焊接实现固定。8. -种起重机，其特征在于，包括车架，所述车架采用了权利要求1~7任一所述的车架 结构。
【文档编号】B62D21/18GK205615587SQ201620312746
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】陶煜, 李忠杰, 计海兵, 李黎明
【申请人】徐州重型机械有限公司