专利名称：载重车的车身的制作方法
技术领域：
本申请要求获得于2009年12月18日提交的第61/288，150号美国临时专利申请的优选权，其发明名称为“流量控制的承载式车身”，所述临时申请的全部公开内容通过引证并入本文。
背景技术：
本发明涉及的是一种用于自卸式卡车的改进车身，而且尤其是涉及一种在大规模的采矿作用过程中使用的无门式载重车的车身，以及涉及一种在考虑重量分布、轴距、车辆毛重和其他类似的因素之后，经过改变以便能够在大多数的采矿用的载重车的底盘上适用的车身。参考附图IA和1B，一种典型的大型矿用载重车10具有底盘12，该底盘能够装备有各种不同的车身14，车身具有不同的形状和结构。出于各种不同的原因，包括将要被承载的不同的原料所具有的不同的密度，载重车的车身可以具有不同的形状，可以是由不同的材料制成，而且可以包括有差别的前面的挡板16，侧面挡板18a和18b，底部20和罩盖22 的结构。举例来说，一些车身被设计用于承载密度较低的原料，例如，煤炭。其他的车身被设计用于承载密度较高的原料，包括岩石或者是过重的货物(在矿石或者煤层之上的岩石和泥土)。一般而言，煤炭的密度大约是过载的货物的密度的一半。因此，规定体积的煤炭的重量是同等体积的过重货物的重量的一半，所以，在不超过载重车的底盘12的载重能力的情况下，设计用于承载煤炭的载重车的车身14的体积可以是设计用于承载过重的货物的车身的两倍。然而，拥有一组用于装煤的车身的载重车和第二组用于装载过重的货物的车身的载重车会显著地提高采矿成本，原因就在于，都需要对两组机车进行维护。为了避免需要对两组机车进行维护的情况出现，被设计为既能承载煤炭又能承载过重的货物的工作的载重车的车身14已经被研发出来了。这些车身通常被称之为多用途的车身，或者“组合”(组合物的简称)车身。实践中的问题是，由于被承载的原料具有不同的密度，而且由于每一个车身所具有的最大的装载能力都是可以设计的，因此组合车身可以装载不同原料的不同的体积。这也就是说，当承载密度较低的煤炭时，车身可以装载到比承载高密度的原料 (例如，过重的货物)的高度更高的高度。这种差异显示在附图2和附图3中，其中在两种不同种类的车身14中，用粗短划线沈标示出煤炭满载的堆积高度，以及用粗短划线观标示出过重的货物满载的堆积高度。在这些附图中，用细短划线26a标示出煤炭满载的侧面挡板18a和18b的高度，以及用细短划线28a标示出过重的货物满载的侧面挡板18a和18b 的高度。正如在每一种设计中都能清楚地看到，当承载过重的原料时，载重车的车身通常提供有大量的储存体积。之所以要求具有这样的差异是由于在承载与煤炭相同体积的过重货物时往往或超过载重车10的最大的承载能力。在最近的几年中，对有效载荷的特征分析和对各种不同的底面轮廓的倾卸性能的
5估计所进行的努力研究提供对于组合车身的设计的新的视角，而且尤其体现是在调整组合车身的底面的角度的方面。举例来说，正如附图2所示，一个预想的概念是“12+10”或者 12/22的底面设计，也就是，载重车的车身上的底面具有的前端部分是相对于水平方向是 12度，其后面部分相对于水平方向是另外的10度(因此，总的角度数是22度)。然而，对这一概念的分析表明这种设计在实现脱离性能时会存在风险，也就是说，在车身向上旋转进行卸载时如何使所承载的货物从车身中倾卸出来。脱落性能对于载重车的车身的性能来说是至关重要的。对于组合车身中装载的过重的货物而言，有效载荷可以大约占据到近乎一半的车身容量。因此，在汽车运输的过程中，当放置在进行适当的轴分布的位置上时，车身的后端的大部分是空的。然而在倾卸过程中，原料会滑落到车身的后端或者是车身后面的面板上，而且可能在后面的面板上形成次堆积，从而导致不希望出现的和潜在的危险情况，尤其是在山崖上进行倾卸作业时。更确切地说，通常情况下，大型的自卸式卡车具有位于前轴上的两个前轮36，和位于后轴39上的四个后轮38，因此，最优化的负载运行的设计是将大约2/3的负载放置在四个后轮上和1/3的负载放置在两个前轮上。依靠倾斜的后面的面板的长度，在倾卸的过程中，负载可以在车身14的后端上形成次堆积，然后分布在侧面挡板18a和18b之间。因此， 由于负载从车身上滑落，负载的重量分布(质心)转移到尾部，从而导致出现大部分的重量由载重车的后端来承载的情况。由于车身的支点是焊接的，该支点通常位于后轮38和轴39的后面，如果在负载倾卸的过程的任何一个时间点上，负载的重心发生移动而远离后端，载重车10的前端将会倾斜，这意味着载重车的驾驶室42升高，有时会升高几个英尺。即使重量的分布没有发生偏斜而导致驾驶室升高，如果负载的质心转移得太远，推动车身14的前端以便倾卸负载的起重油缸40可能会突然从压缩状态(推动车身向上)到拉伸状态(车身牵弓I起重油缸)，这样可能会对起重油缸造成严重的损害。因此，在倾卸过程中的不适当的重量分布可能会突然推动驾驶室上升，在起重油缸中形成拉伸力，而且同样导致大部分负载突然倾卸，之后，再次将负载的重心向前转移，从而导致升高的驾驶室降落并迫使提升油缸返回到压缩状态， 进一步对油缸造成损害，以及可以使驾驶员感到恐惧或者甚至是对驾驶员造成损害。更进一步说，枢轴支点移动到后轮的前面会导致在倾卸的过程中车身撞击轮胎或者地面，而且这样做也会降低起重油缸的杠杆作用，以及增加油缸必须举起的用于倾卸的负载的重量。结果是，在倾卸的过程中，维持负载从前面到后面的适当的重量分布是十分重要的。由于对12/22型车身的分析表明，在从一些载重车上倾卸出来时的负载分布可以出现问题，因此，一种"12+5"型或者12/17型双重倾斜底面的组合承载车身被设计用于这样的载重车，即该载重车具有与水平方向成12度的底面角度的前端部分，与底面的后面部分倾斜形成另外的5度，从而获得偏离于水平方向的17度的角度。这样的设计为运输的原料提供了相对大的体积或者空间，而无需对车身进行改造来防止倾卸结果的发生，举例来说， 车身的末端碰到前轮或者地面或者之前倾卸出来的原料等情况。然而，分析表明，出于若干原因，12/17型车身并不能在一些底盘上适用。由于负载或者堆积的货物的后面部分通常是圆锥形的，对于密度大的负载而言， 在堆积的货物碰撞到侧面挡板18a及18b和碰撞到底面20的后端之间的位置上通常具有几个英寸的高度。在12/22型的车身中，位于后部的底面面板44位于10度的位置上，这个角度大于位于前面的底面面板46的角度，而且在活动摩擦的基础上，其将会使得有效载荷10发生的滑落要晚于位于前面的底面。如果45度的滑落线(即，假设在原料的表面的角度是45度时，原料将会从堆积的地方开始滑落)和初始的斜率是2 1( S卩，堆积位置将具有与水平方向有大约26. 5度的初始斜率)，堆积货物上的各个层次将会在载重车的车身 14旋转大约18. 5度的位置开始滑动，这是由于(18. 5度旋转)+ 06. 5度的堆积斜率)= 45度。在车身旋转的这一角度上，位于后面的底面面板，从水平方向开始转动的初始角度 12+20 = 22度，将会与水平方向相距-3. 5度(22度减去18. 5度的旋转)。如果原料和底面之间的静摩擦系数是0. 61，那么车身14就必须旋转额外的35度， 以便将所有的原料能够从底面20的后部自由地滑落。位于前面的底面面板46将开始把推力负荷施加到在后面的面板44上堆积的原料上，直到摩擦产生的阻抗力被克服为止，此时所堆积的全部货物将会作为一个整体滑落。附图4和附图5描述的是推力负荷或者有效载荷在车身倾卸时发生作用之间的差异，包括负载施加到两个不同的底面上的荷载应力的情况。附图4显示的是12/22型底面，及附图5显示的是12/17型的底面。正如在这些附图中所示的那样，在发生35度的旋转时，与12/17型的底面相比，12/22型的底面表现出在沿着底面面板的方向上具有显著地更多的应力。然而，这两种底面都显示出可能会在车身的后面的面板上出现次堆积的情况，正如在附图4和附图5中所示的后面的面板上的深色部分所示。通过类似的底面设计对各种不同的组合车身进行了改进。迄今为止，由某些制造商所完成的将无门式载重车的车身安装到底盘上的设计都是具有两个斜面的，而且通常是从底面开始，在从水平方向上的大约7和12度的范围内进行修正，然而其余的底面升高到支点附近的位置的角度上。这一额外的底面“突跳”消除了通过加长车身长度来提供的后挡板的需要，并仍旧为有效载荷维持足够的体积或者空间。对于运输的煤炭而言，罩盖的重量通常要求达到所要求的有效载荷的体积，并维持可承受范围内的轴承(轮胎)的重量分布。即使是具有这些争议性的角度底面设计，负载的质心可能会在尾部突然滑落，从而导致驾驶室发生倾斜，或者使起重油缸产生拉力，或者以上两种情况都会发生。这些设计的成功取决于多种因素，包括载重车的轮距，载重车的最大额定负载，车身的长度，由于负载的大部分的质量移动到车身的后端而没有发生滑落而在车身底面上产生的应力，由于车身的设计所导致的负载滑落的速度过快或者过慢的情况，以及其他的一些因素。如果没有考虑到任何一个相关的因素将会导致车身不能适当地倾卸出负载。进一步减小底面“突跳”的角度(S卩，小于12/17型车身的5度)通常会导致车身不能具有足够的装载能力，由于负载可能会在运输的过程中滑落，从而对车身而言可能需要增加尾部的门装置，随之而来的是构造和维护的成本增加，以及在对车身进行装载的过程中对尾部上的门和装料斗造成损害的风险。同样地，如果底面的角度是最小的，在接近有效载荷的倾卸周期结束时，大量的原料会在底面的后部附件停止。这种原料会突然发生滑动和脱落，以致负载的质心/重心突然转移到车的尾部，导致驾驶室突然升高的风险(以及在原料突然滑落时驾驶室降落)以及在起重油缸中产生突然的应力(当原料滑落时出现油缸压缩的情况)。因此，进一步减小车身底面的角度已经是非常失败的。由于组合车身在载重车的车队管理方面所表现出的显著的可行优势，这样的组合车身的设计可以通过实际要求的长度，负载质心和其他类似的因素来极大地进行整合。然而，能够非常容易地适用到不同的制造商所生产的底盘上的组合车身的设计可能会表现出显著的优势。更进一步说，具有在倾卸时能够显著降低负载的质心过快到后端的趋势的组合车身将会占据更大的优势。实际上，这些优势中的大部分在装载高密度的原料的大体积的车身以及各种其中不同类型的车身中也都是十分有用的。
发明内容
本发明在此揭示的是一种能够克服现有设计中的许多问题的载重车的车身底面设计。尽管对于特定的设计而言可能会存在多种可以选择的设计，但是一般来说，底面可以考虑包括相对于水平方向的在不同的角度上的为数众多的面板。举例来说，底面可以在一个角度上具有前面的面板，在一个不同的角度上具有中间面板，以及在第三个角度上具有尾部面板。尽管，某种程度的设计可以根据不同的应用中的不同的车身来改变，但是在至少一个实施方案中，底面上的前面的面板具有的斜面通常是在5和沈度之间(从水平方向)， 而且中间面板具有的斜面通常是在水平方向的6和30度之间。精确的角度取决于将要安装车身的底盘以及车身需要载荷运载能力所要求的系统规定参数。尾部面板被设计为具有比中间面板要小的斜面，或者尾部面板的最前端底面部分要小的斜面。另一方面，精确的斜面的斜率取决于底盘和本领域内众所周知的因素，但是， 通常情况下，尾部面板具有的斜面在距离水平方向大约O度到15度之间。尽管这些是例夕卜，由于尾部面板通常至少是与水平方向相平的，尾部面板可以支撑一部分低密度的负载， 例如，煤炭，提供给车身更多的负载体积容量。当装载较高密度的原料，例如，过重的货物， 尾部面板通常承载大部分负载，和前面的面板和中间面板形成大量的承载体积。因此，用于装载密度较低的煤炭负载的体积不会从现有的12/17型和12/22型和其他类似的组合车身设计中减少。然而，在倾卸过程中，与现有的车身相比，负载可以以不同的速度来使原料发生滑落。尤其是，在车身是枢轴连接到载重车的底盘上的情况，以致车身的前端可以枢轴向上以通过尾部面板形成的倾卸通道来倾卸负载。作为不同的负载滑落和本申请中的车身所具有的特征的结果，负载的质心通常保持在车身的前部，典型的是在将车身连接到底盘上的枢轴点的前端，以及在底面的后部附近不会形成显著的次堆积，而且在倾卸时不会导致滚动的负载扭矩。因此，驾驶室突然升高的风险或者起重油缸突然进入到拉伸状态的风险会极大降低。更进一步说，初始的实验和分析表明，负载实际上是在更快的初始速度下滑落的，而且负载可以以更快的总速度进行滑落，这意味着，在倾卸的过程中，与现有的车身的情况相比，在给定的旋转角度的条件下， 起重油缸中具有较小的应力。
通过结合以下对应的附图进行的更为详细的描述，本发明的其他的特征和优势将会变得显而易见，对应的附图中附图IA描述的是安装在载重车的底盘上的12/22型载重车的车身的下部的后视图；附图IB描述的是安装到载重车的底盘上的12/22型载重车的车身的上部的前视图；附图2描述的是附图IA中的车身的侧视图，显示出低密度负载和高密度负载的截面部分；附图3描述的是具有12/17型载重车的车身的载重车的车身的侧视图，显示出装载低密度原料和高密度原料的负载的截面部分；附图4描述的是应力图的截面图，显示的是12/22型载重车的车身旋转35度，车身倾卸时的推力负荷或者有效载荷的反应之间的差异；附图5描述的是应力图的截面图，显示的是12/17型载重车的车身旋转35度，车身倾卸时的推力负荷或者有效载荷的反应之间的差异；附图6A描述的是安装在载重车的底盘上的12/22/8型载重车的车身的下部后视图；附图6B描述的是安装在载重车的底盘上的12/22/8型载重车的车身的上部前视图；附图6C描述的是安装在载重车的底盘上的车身内装载有高密度的负载的 12/22/8型载重车的车身的上部前视图；附图7描述的是具有12/22/8型底面的载重车的侧视图，而且显示的是车身中的高密度和低密度原料的典型的负载圆锥形的截面图；附图8描述的是倾卸出煤炭的12/22型车身的示意图，负载的重心是通过短划线所包围的圆点来显示的；附图9描述的是倾卸出过重的货物的12/22型车身的示意图，负载的重心是通过短划线所包围的圆点来显示的；附图10描述的是倾卸出煤炭的12/22/8型车身的示意图，负载的重心是通过“ + ” 来显示的；附图11描述的是倾卸出过重的货物的12/22/8型车身的示意图，负载的重心是通过“ + ”来显示的；附图12描述的是包括倾卸出煤炭的12/22型车身和倾卸出煤炭的12/22/8型车身的示意图，各个负载的重心是通过短划线(12/22/)所包围的圆点和符号“ + ” (12/22/8) 来显示的；附图13描述的是包括倾卸出煤炭的12/22型车身和倾卸出过重的货物的 12/22/8型车身的示意图，各个负载的重心是通过短划线(12/22/)所包围的圆点和符号 “ + ” (12/22/8)来显示的；附图14描述的是在大约36度的旋转角度时从12/22/8型车身上滑落的负载的第
一示意图；附图15描述的是在大约36度的旋转角度时从12/22/8型车身上滑落的负载的第
二示意图；附图16是改进用于载重车的12/22型车身和12/22/8型车身的侧视图，在旋转的各种不同的角度上，通常是与附图17中的标记相关，负载的质心在各个不同的角度上是通过符号“ + ”来表示的；以及附图17是标记图，显示的是12/22型车身和12/22/8型车身在旋转的各种不同的角度上的负载滑落特征的对比结果。
具体实施例方式正如在附图1A，1B,附图6A和6B中所描述的实施例那样，大型的矿用车或者装载车10通常具有驾驶室42，底盘12和以传统的方式安装到底盘上的多个轮胎36和38。载重车的车身14是安装在底盘上的。载重车的车身通常包括前面的挡板16，两个呈侧面(横向)放置的侧面挡板18a和18b，以及底面20。通常情况下，车身12包括罩盖22，该罩盖从前面挡板的顶部从水平方向上开始延伸并越过驾驶室，以免受坠落的岩石和矿山倾砸到驾驶室。车身14是通过一个或更多的支点50来枢轴安装到底盘12上的。在这一实施方案中，成对的起重油缸40(其中的一个油缸显示在附图IA和附图6A中)被安装到底盘上， 其扩展部分的缸体附着到载重车的车身14上。当进行拉伸时，其中油缸使车身围绕支点50 向上旋转以实现倾卸目的；也就是说，起重油缸推动的结果是导致车身围绕枢轴支点进行旋转。由于车身围绕着支点进行旋转，车身中的有效载荷开始从车身中大量流出并倾卸到地面上或者其他用于接收倾卸物的区域或者结构中。支点50通常将车身14连接到位于后轮38的后面的底盘12上，以致在倾卸出负载的过程中，车身14向下延伸的有效长度的距离不是很大而导致车身碰撞到后轮或者地面上。正如附图2和附图3中所描述的实施例那样，从一个侧面看上去，现有的车身14 上的底面通常具有两个面板，当车身向下(也就是，在较低的位置)时形成两个相对于水平方向的不同的角度，前面的面板46是以给定的角度向上形成角度的(通常是与水平方形成 5到沈度的角度)和后面的面板44是以与水平方向成更大的角度向上形成角度的(通常是6到30度的角度)。这种具有两个面板的底面20与侧面18a和18b和前面挡板16 —并形成货物装载空间或者负载空间。附图2描述的是12/22型底面，和附图3描述的是12/17 型的底面。正如附图2和附图3中所描述的和上文中所描述的内容那样，装载在车身空间中的原料通常都是形成圆锥形的形状。结果是，在这一实施例中的有效载荷具有的堆积角度是在大约沈度到观度之间(通常情况是，堆积的货物在车身内是纵向延伸的)，其在各个方向上通常是递减的，在低于侧面18a和18b和前面挡板16的上部边缘的位置出与这些面板接触。典型的负载“圆锥形”的负载显示在附图2和附图3中。附图2描述的是12/22 型的车身14，其中煤炭负载的最顶端是用短划线沈表示，以及附图显示出用短划线26a表示煤炭负载与侧面挡板的接触面，而且附图进一步用点划线观描述了过重负载的最顶端， 以及用点划线28a表示过重负载的接触面。附图3描述的是具有相同特征的12/17型的车身14。由斜度的负载同样朝着底面20的后部延伸，但是没有侧面挡板或者尾部面板，其不能延伸超过底面或者车身的最后端的边缘部分。附图6A，6B和6C进一步描述的是具有根据现有公开的内容的车身14的载重车 10。车身包括前面挡板16，两个侧面(横向)相对放置的侧面挡板18a和18b，和底面20。 然而，在附图6B和附图7所描述的实施方案中，底面20具有三个横向部分，前端部分56相对水平方向倾斜大约12度，中间部分58相对水平方向倾斜大约22度，和尾部部分相对水平方向倾斜大约8度。因此，底面20可能是指12/22/8型的底面。
附图7描述的是具有车身14的载重车，其中煤炭负载的最顶端是用短划线62表示和用短划线6 表示煤炭负载与侧面挡板18a的接触面，而且附图进一步用点划线64描述了过重负载的最顶端和用点划线6 表示过重负载的接触面。由于与过重的货物相比， 煤炭具有较低的密度，因此，在附图2，3和7所示的所有的车身中，与过重的货物相比，可以装载更多体积的煤炭，这也可以通过对比两种原料的装载线来理解。然而，附图2和3与附图7中所示的负载的相对体积的比较结果显示出所有的车身都具有类似的潜在装载体积。通常情况下的负载的圆锥形的结果，以及正如在附图7中所描述的实施例那样， 煤炭负载的高度62是比煤炭负载的侧面高度要高一些的。同样适用于过重的负载的上部高度64，其在车身14的底面20上的终止高度要高于过重的负载的侧面高度64a。更进一步说，正如附图2，3和附图7所示，煤炭负载的高度沈或者62都比过重的负载的高度观或者 64的高度要多出几个英尺，这是由于将过重的负载放置在煤炭上将会超过载重车的最大载重率。正如附图1B，2和3中所描述的那样，在现有的载重车的车身中，载重车的车身14 上的底面20通常具有两个面板，前面的面板46设置在与水平方向相距一个角度的位置上， 后面的面板44设置在与水平方向相距一个增大的角度的位置上。正如前面所讨论的内容那样，这样的设计可能导致负载的重心在倾卸的过程中转移到载重车的尾部。所述转移在附图8,9,10和11中进行了示意性描述。附图8描述的是12/22型“双斜面”车身，正处于旋转45度进行倾卸煤炭的过程中。附图9描述的是12/22型“双斜面”车身，正处于旋转45度进行倾卸过重的货物的过程中。附图10描述的是12/22/8型“双斜面”车身，正处于旋转45度进行倾卸煤炭的过程中，以及附图11描述的是12/22/8型“双斜面”车身，正处于旋转45度进行倾卸过重的货物的过程中。在每一种情况下，各个附图都显示出各种不同的负载的质心在各种不同的车身中的大致位置；在附图8和附图9中用虚线所包围的圆点是12/22型车身中负载的质心， 在附图10和附图11中用符号“ + ”所表示的圆点是12/22/8型车身中负载的质心。附图12描述的是附图8和附图10上的覆盖物，和附图13描述的是附图9和附图 11上的覆盖物，显示出在不同的车身中的负载的质心的位置的比较结果。正如在这些附图中所指出的那样，在倾卸的过程中，负载的质心向后转移，但是在12/22型“双斜面”车身中的负载的质心比在12/22/8型“双斜面”车身中的负载的质心更远。正如所讨论的那样，重心的后移可能会导致载重车的驾驶室42升高和起重油缸40产生拉伸的情况。正如在附图6B和附图7中所描述的那样，根据一个实施方案，车身14具有底面 20，该底面具有三个横向部分，前面的面板56设置为相对于水平方向的第一角度，进一步倾斜的中间面板58，和尾部面板60，其设置在相对于水平方向(在载重车的车身处于向下的方向或者在运输状态下，所有的角度都是被限定的)的角度减少(从中间面板开始)的位置上。尾部面板60允许支撑具有与现有的车身相类似的体积的相同低密度的负载，这是由于低密度的负载可以延伸到尾部面板上，正如附图7中所示。然而，在倾卸煤炭的过程中，正如附图12和附图13所描述的那样，负载的重心不会向后移动到如同在现有的车身中的移动程度。因此，重心保持在枢轴支点50的前端，这意味着在倾卸负载的过程中，负载不会是驾驶室42发生倾翻，也不会突然导致起重油缸40进入到拉伸状态。对这样的底面进行分析而获得的结果表明负载将在前轮36和后轮38之间具有较
11好的重量分布。这种情况在倾卸的过程中，当车身以增加的角度进行旋转时尤为明显。更进一步说，现有可用的分析结果表明，与现有的车身相比，负载确实会在提高的速度下和在车身以较小的角度进行旋转时发生滑落。当如同附图7中所描述的车身那样进行旋转时，与现有的12/22型和12/17型的双斜面底面相比，底面20上的尾部面板60从位于枢轴支点50后部的潜在的有效负载中减出。结果是，当车身14发生旋转时，位于枢轴支点50后部的底面20的部分可用位于相距水平方向8度的位置上，相对于12/22型车身的22度的角度。由于这一减小的角度，落入到车身后部面板上的少量的原料会快速滑落而不会形成次堆积。两个底面面板56和58位于尾部面板60的前面，而且在车身进行旋转时，每一个面板都会从后面向前面的方向依次滑落。附图14描述的是在车身14旋转36度时的样品有效载荷70。由于车身发生了旋转，车身的尾部面板60中充满了堆积的原料。而且负载或者过重的负载的一小部分沿着堆积线72进行滑移。显而易见的是，这种配置结构将影响装载的尾部载荷和潜在性降到最小，这是通过在其他的车身设计中所证明的“滑坡”事件来实现的。参考附图15，当有效载荷的尾部部分74旋转到一个在重力的作用下发生滑动的角度时，有效载荷会立即前进到部分74之间的剪切线的位置，而其余的质量80将削减。在这一实施例中，剪切线是位于大约67. 5度的角度，正如附图15所示，偏离于水平方向(因此偏离垂直方向22.5度)，被削减的质量将最小量的负载施加到尾部面板60上。位于支点上方的层次沿着堆积的剪切线76进行的滑落有助于完成剪切动作，但是由于剪切断面开始滑落，沿着车身14的其余部分进行旋转的尾部面板60向下旋转并远离上层的加速流动面。当车身14倾卸时，底面20的总长度有效较少，必要的加速流动面得以维持。沿着堆积的剪切线76的有效载荷的体积增大，从而缓解了严重的堵塞问题(也就是，负载的一部分滑动到底面的后端并形成坝体或者次堆积的可能性，之后，这种可能性会阻止有效载荷从车身中流出)。上层流动的动量传递少量明显的提升，这些事件的结果同时出现。由于车身14继续旋转，剪切线向前移动到紧邻的面板(或者水平方向)，而且其会自行重复(或者，更为准确地说是继续)。附图15证明倾卸过程是通过滑落的质块76，靠近尾部挡板60的剪切截面74和尾部挡板60之上的质块78之间的可以看到的分离物来进行描述的。其余的质块80仍旧是通过底盘12进行支撑的，而且这一原料可以被输入到分析程序中，以用于对倾卸过程进行数学分析，正如将要在下文中进行更为详细的描述那样。换句话说，负载较上层部分的连续的突然转移是趋向于形成负载的连续不断的滑落的，这意味着，在最小的时间内，负载的大部分通常不存在突然地转移。附图16描述的是在现有技术中的过重的负载，双斜面的12/22型车身14位于左边，根据本发明的一个实施方案，过重的负载位于12/22/8型车身的右边。为当倾卸负载时，各个不同的负载显示为处于不同的旋转角度。附图17是数据表格，其显示出在所描述的各个不同的角度上的两种车身(12/22型车身和12/22/8型车身)中的负载的状态的数学分析，车身位于装载能力为240吨的载重车上。所描述的分析结果包括对负载的初始尺寸，在各种不同的角度从两种车身上分配获得的负载的体积和重量和在所述角度下分配获得的负载的比例之间进行对比。在各种不同的给定角度的条件下，各个负载的重心的大致位置也显示在附图16中。尽管这一实施例涉及的是在装载能力为240吨的载重车上的车身，这一原理通常也适用于其他类型的载重车，虽然车身底面的各个部分的优选角度应根据不同的载重车的地盘进行调整。附图16中描述的对车身14及其中的负载的分析和本文中所描述的其他内容涉及的是某些基本的原理和前提。一般情况下，负载原料与其自身的摩擦系数和与侧面18a 和18b以及车身的底面20之间的摩擦系数是原料沿其自身进行滑动并从车身上滑落所产生的，当负载的堆积线86在偏离水平方向大约45度角的时候，请参考附图14和附图 15。因此，附图17中的图表显示的是，在倾卸过程中的每一种类型的车身(12/22型车身和 12/22/8型车身)在不同仰角下的有效载荷的一组数学计算的结果。在各种情况下，旋转的角度是车身从完全较低的运输位置开始的。附图17中的数据是从安装在装载能力为240吨的载重车上的两种不同类型的车身14中释放出来的原料的计算结果。附图17中的第2排到第12排中包含有关于根据本发明的一个实施方案进行设计的车身的信息，无门式的车身具有短的尾部挡板60，其具有距离水平方向8度的角度(也就是，“12/22/8”型车身)。附图17中所设定的实施例显示的是在装载能力为240吨的载重车上的两种不同的车身的释放特性，和将泥土(过重的货物)用作有效载荷的数学计算模型，并假设在恒定的45度角释放原料使其在车身上滑动(也就是，在原料的上层滑动表面是距离水平方向45 度时，原料将会发生滑动)。使用现有的12/22型车身(即底面的前面挡板设定为偏离水平方向12度，和底面的后端挡板设定为额外的10度，所以偏离水平方向的总的角度是22 度)，而且假设初始负载时510，022磅(请参考附图17中的纵栏)，其具有的体积是大约 193. 2立方英码(E栏)，而且载重车和车身的皮重是大约336，000磅，模型车身通过起重油缸40勻速提升到不同的旋转角度，直到旋转M度角(请参考附图17中的12排)。正如从图表(附图17)中可以看到的那样，在这一对实施例中，初始的有效载荷是大约510，000磅，原料的体积是大约193. 2立方英码。原料是过重的货物，正如上文中所讨论的那样，其密度是煤炭负载的密度的两倍。正如附图17中所指出的那样，请参考附图17 中的线4，12/22型载重车的车身14在旋转大约36-38度的角度时开始倾卸出其中负载(也就是，车身围绕枢轴支点50旋转36-38度的角度)。正如附图17所示，在车身旋转38度时，保留在现有的12/22型车身14上的计算出的有效载荷是192. 9立方英码和509，230磅，源自初始负载的193. 2立方英码和510，022 磅。在这一点上，负载的分布，包括载重车和车身的皮重，都可能是通过负载的几何形状进行计算的。因此，在38度角时，在前轴上的负载是大约114，261磅和在后轴上的负载是大约 730，968磅，而且大约792磅的有效负载已经从车身上倾卸出去了。这意味着，车身旋转在 38度时，前轴上的负载大约为13. 5%，而后轴上的负载大约为剩余负载的86. 5% (99. 8% 的负载仍保留在车身上)。更进一步说，起重油缸上的负载在38度角时保持在-85，825磅， 也就是，85，825磅的负载受压。考虑到在图表中所标出的其他角度(附图17)，车身旋转42度时(也就是，车身围绕枢轴支点50旋转42度角)，通过计算获得的现有的12/22型车身的有效载荷是大约 179. 3立方英码和473，246磅。在42度角时，在前轴上的负载是大约100，316磅和在后轴上的负载是大约708，930磅，而且大约36，775磅的有效负载已经从车身上倾卸出去了。这意味着，车身旋转在42度时，前轴上的负载大约为12. 4%，而后轴上的负载大约为剩余负载的87.6%，仍有92. 8%的负载保留在车身上。更进一步说，起重油缸上的负载在42度角时保持在-44，510磅，也就是，44，510磅的负载受压。进一步参考附图17中所标示出的内容，在车身旋转46度时，通过计算获得的现有的12/22型车身的有效载荷是大约1，48. 4立方英码和391，拟9磅。在46度角时，在前轴上的负载是大约99，807磅和在后轴上的负载是大约628，022磅，而且大约118，193磅的有效负载已经从车身上倾卸出去了。车身旋转46度时，前轴上的负载大约为13.7%，而后轴上的负载大约为剩余负载的86.3%，仍有76. 8%的负载保留在车身上。更进一步说，起重油缸上的负载在46度角时保持在-23，775磅，也就是，23，775磅的负载受压。在车身旋转50度时，通过计算获得的现有的12/22型车身的有效载荷是大约 114. 5立方英码和302，386磅。在50度角时，在前轴上的负载是大约91，545磅和在后轴上的负载是大约讨6，841磅，而且大约207，636磅的有效负载已经从车身上倾卸出去了。车身旋转42度时，前轴上的负载大约为14.3%，而后轴上的负载大约为剩余负载的85.7%， 仍有59. 3%的负载保留在车身上。然而，正如附图17所示，在车身旋转50度时，起重油缸上的负载逐渐变为正数，在这一实施例中是20，127磅，也就是说，由20，127磅的负载受到拉伸。结果是，在车身旋转48度和50度之间时，负载的重心转移到后部，以致起重油缸40 进入到拉伸状态，这也就形成一个重大的风险，车身将会突然向上旋转，使得整个载重车的驾驶室42加速上升，倾卸出剩余的负载并在很短的时间内使得载重车的驾驶室坠落回到地面上。正如附图17中进一步指出的那样，由于出现了这样快速的旋转，即使具有四个额外的旋转角度(车身旋转到M度)，有将近40%的初始负载保留到车身中。附图17也显示出根据本发明的一个实施方案来制造的12/22/8型车身14的计算结果，再次安装到装载能力为240吨的载重车上并使用泥土(过重的货物)作为有效载荷， 但是初始的有效载荷是509，916磅。有效载荷是在车身的几何形状的基础上计算获得的。 尽管12/22/8型车身上的有效载荷略微小于现有的12/22型车身的有效中，在实践中，矿用的负载用桶并不是严格限制的，而是具有大约106磅(0.02%)负载的δ值可以忽略不计。正如附图17中所列出的那样，请参考第16行，在12/22/8型车身旋转38度时，计算获得的保留在12/22/8型车身14上的有效载荷是182. 5英码和481，826磅。而且，在该点上，负载的分布可以通过负载的几何形状来计算获得。因此，在38度时，在前轴上的负载是123，339磅，而在后轴上的负载是694，448磅，而且，在倾卸循环过程中的前面的点上的大约观，090磅的有效载荷已经从车身上倾卸出去了。这意味着，在38度时，前轴上的负载占15. 1%，而后轴上的负载占84.9%，仍有94. 5%的负载保留在车身中(在相同的旋转角度，与12/22型车身相比少了 5% )。更进一步说，在38度时，起重油缸40上有101，072磅的负载被压缩。正如上文中所提到的那样，在起重油缸上的被压缩的负载是十分重要的，这是由于起重油缸主要是设计用于形成压缩力(推动力)，但是，如果受到拉伸力(牵引力) 的作用就会受到损害。正如附图17中所列出的那样，请参考第18行，在12/22/8型车身旋转42度时，计算获得的保留在12/22/8型车身14上的有效载荷是157. 2英码和414，876磅。此时，在前轴上的负载是124，212磅，而在后轴上的负载是626，664磅，而且，大约95，040磅的有效载荷已经从车身上倾卸出去了。这意味着，在42度时，前轴上的负载占16.5%，而后轴上的负载占83. 5 %，仍有81. 3 %的负载保留在车身中。更进一步说，在42度时，起重油缸上有 88，897磅的负载被压缩。正如附图17中进一步指出的那样，请参考第20行，在12/22/8型车身旋转46度时，计算获得的保留在12/22/8型车身14上的有效载荷是122. 7英码和323，981磅。此时，在前轴上的负载是124，106磅，而在后轴上的负载是535，875磅，而且，大约185，935磅的有效载荷已经从车身上倾卸出去了。值得注意的是，在42度和46度之间旋转时，几乎全部有效载荷的减少都是来自于后轴(后轴损失大约90，789磅的负载，而前轴仅仅损失343 磅的负载)。这也意味着，在46度时，前轴上的负载占18. 8%，而后轴上的负载占81.2%， 仍有63. 5%的负载保留在车身中。更进一步说，在起重油缸上的负载在46度时是-67，868 磅，即有67，868磅的负载被压缩。请参考第22行，在12/22/8型车身14旋转50度时，计算获得的保留在12/22/8 型车身14上的有效载荷是86. 4英码和228，175磅。此时，在前轴上的负载是124，780磅 (比46度角时略有增加)，而在后轴上的负载是439，396磅，而且，大约观1，741磅的有效载荷已经从车身上倾卸出去了。值得注意的是，在46度和50度之间旋转时，几乎全部有效载荷的减少都是来自于后轴。这也意味着，在50度时，前轴上的负载占22. 1 %，而后轴上的负载占77. 9%，而只有44. 7%的负载保留在车身中。更进一步说，起重油缸上的负载在50 度时是-46，637磅，即有46，637磅的负载被压缩。与现有的12/22型车身相比，即使旋转了 50度的角度，12/22/8型车身明显处于压缩状态。更进一步正如附图17所示，通过车身的全部旋转计算与12/22型车身相比， 12/22/8型车身继续维持负载的重心位置处于显著更靠前的位置。实际上，正如附图17所列出的那样，在从36度旋转到M度的整个旋转周期的过程中，12/22/8型车身主要是从后轴上倾卸出有效载荷。值得注意的是对于12/22/8型的车身而言，增加的旋转角度(从36 度到50度)导致前轴减少6675磅的负载，同时后轴减少354，265磅的负载(从而导致98% 的有效载荷的减少是来自于后轴的)，但是，在现有技术中的12/22型车身的相同旋转角度中，前轴减少48，858磅的负载，而后轴减少沈1，289磅的负载(这意味着少于85%的有效载荷的减少是来自于后轴的)。同样地，在旋转M度角时，对于12/22/8型的车身而言，保留在车身中的负载的总重量是显著少于同等旋转角度下的12/22型车身。最为重要的是， 即使是在M度角的时候(当仅仅有28. 5 %的有效载荷保留在车身中)12/22/8型车身不会使起重油缸进入到拉伸状态，而现有技术中的12/22型车身在旋转50度之前就会使起重油缸进入到拉伸状态，同时由将近60%的负载保留在车身中。附图16描述了在如上文中所讨论的车身旋转相同的角度时的12/22型的车身和 12/22/8型的车身中的过重的负载的侧视图，即在38度角，42度角，46度角，50度角和M度角的情况。正如在本文中所描述的那样，圆形中的圆点指示出在12/22型车身的每一个旋转角度上计算获得的有效载荷的重心的大致位置，而“ + ”指示出在12/22/8型车身的每一个旋转角度上计算获得的有效载荷的重心的大致位置。在这两组列出的图表中，位于负载轮廓之下的小的圆点指示出所标出的载重车的车身的旋转中的杠杆的点或者枢轴支点50 的重心的大致位置。正如可以看到的那样，在旋转大约48度之后在相同的支点上，具有12/22型车身的载重车具有的有效载荷的重心将会落在枢轴支点的后方，这意味着，在那样的旋转过程中，载重车可以会面临使起重油缸处于拉伸状态的风险和使整个载重车围绕后轮发生旋转的风险，极有可能的是推动驾驶室上升。正如可以看到的那样，以及正如通过计算结果所讨论的那样，在12/22/8型的车身上的有效载荷的重心不会转移到后轮的后面，即使是在旋转M度角的时候也不会发生转移，同时有超过25%的有效负载保留在车身中。本文中所列出的数学计算结果是由比例模型论证所支撑的。两个模型车身(正如所描述的双斜面的车身和具有三个部分的底面的车身)装载有不同的原料，而且是并排地安装到枢轴支点上的。负载缓慢地进行旋转。两个模型车身都在车身旋转大约相同的角度时开始使原料发生滑落，尽管12/22/8的模型是以更快的速度进行倾卸(正如数学模型所预计的那样)。在旋转过程中的某些点上，通过录影带的分析所粗略确定的角度是在大约48度到大约52度之间，12/22的双斜面的车身竟会“跳跃”旋转并倾卸出大量的负载，这意味着负载已经转移到后部，车身不再通过起重油缸来支撑，相反会突然发生旋转，这是由于有效载荷的质心转移到车身的枢轴支点或者杠杆支点的后部。在时间过程中，这种情况是会发生的，载重车的驾驶室会突然晃动若干英尺升到空中。更进一步说，这种突然的旋转可能会导致负载急剧降落，之后驾驶室会落回到地面上。在任何一种情况下，这证明了起重油缸40 已经即可进入到拉伸状态，对起重油缸造成损害的风险，而且一旦负载降落，快速地回到压缩状态，再次会面临损害的风险。尽管在本申请的内容中所讨论的实施方案包括三个部分的地面，具有更多的部分的底面也是可以使用的。实际上，有理由相信，车身可以具有弧形的底面，而不仅仅是有角度的底面，以便提供更多的有效载荷的可能性。两个部分组成的底面也可能比在此揭示的具有三个部分的底面提供更多的优势。更进一步说，尽管本文是结合用于大型采矿用的载重车的组合车身来描述本发明的，本发明中的设计对于在其他的应用中的车身来说也是十分有用的。因此，本发明具有优于现有技术的优势。尽管在此对本发明的实施方案进行了描述，但是本领域内的普通技术人员都知道各种修改和变化都不会脱离于本发明的主旨和范围。
权利要求
1.一种用于运输具有不同的密度的原料的矿用自动倾卸式载重车的组合车身，该车身具有前面挡板，相对放置的侧面挡板和纵向的底面，而且车身可以安装到载重车的底盘上的位于车身下方的枢轴支点的位置上，底面包括第一横切前端部分，当车身处于有效载荷的运输方向时，其被布置为与水平方向形成5 度到26度角；第二横切中间部分，当车身处于有效载荷的运输方向时，该第二横切中间部分被布置为与水平方向形成6度到沈度角，第一和第二部分与侧面挡板和前面挡板连在一起从而形成有效载荷的体积，当车身枢轴向上移动以便分配有效载荷时，在该体积中装载的有效载荷具有位于枢轴支点的前方的质心；以及附着到中间部分上的横切的尾部面板，当车身处于有效载荷的运输方向时，尾部面板被布置为与水平方向形成0到15度的角度，从而使得尾部面板能够对低密度的有效载荷的体积起到部分支撑的作用，尾部面板为有效载荷形成倾卸通道，以致当车身枢轴向上移动以分配有效载荷时，负载的质心保持在枢轴支点的前方。
2.一种具有前面挡板，相对放置的侧面挡板和纵向的底面的载重车的车身，底面包括第一横切前端部分，当车身处于有效载荷的运输方向时，其被布置为与水平方向形成第一预定角度；第二横切中间部分，当车身处于有效载荷的运输方向时，该第二横切中间部分被布置为与水平方向形成第二预定角度；以及附着到中间部分上的横切的尾部面板，当车身处于有效载荷的运输方向时，尾部面板被布置为与水平方向形成第三预定角度，尾部面板为有效载荷形成倾卸通道，以致当车身枢轴向上移动以分配有效载荷时，负载的质心保持在枢轴支点的前方。
3.根据权利要求2中的载重车的车身，其中第一预定角度是在5度和沈度之间。
4.根据权利要求2中的载重车的车身，其中第二预定角度是在6度和沈度之间。
5.根据权利要求2中的载重车的车身，其中第三预定角度是在0度和15度之间。
6.根据权利要求2中的载重车的车身，其中尾部面板对低密度的有效载荷的体积起到部分支撑的作用。
7.根据权利要求2中的载重车的车身，进一步包括至少一个枢轴支点，该枢轴支点位于车身的下方可以用于将车身安装到载重车的底盘上。
8.根据权利要求7中的载重车的车身，其中底面，侧面挡板和前面挡板形成有效载荷的体积，当车身枢轴向上移动以便分配有效载荷时，在该体积中装载的有效载荷具有位于枢轴支点的前方的质心。
9.一种用于运输具有不同的密度的原料的矿用自动倾卸式载重车的组合车身，该车身具有纵向的底面，该纵向底面上有成对的位于侧面位置上的相对间隔放置的向上延伸的连接到底面上的侧面挡板，前端向上延伸的前面挡板连接到侧面挡板之间，以形成用于装载负载的体积，该底面包括连接到前面挡板上的第一前端面板，而且当车身处于用于运输的较低位置上时，其被布置用于与水平方向形成第一预定角度；第二中间面板，当车身处于较低的方向时，其被布置用于与水平方向形成第二预定角度；以及尾部面板被布置用于与水平方向形成第三预定角度，第三预定角度小于第二中间部分的第二预定角度，尾部面板被进一步进行布置，以致当车身旋转进入到倾卸位置时，尾部面板不会在车身上施加显著的负载扭矩。
10.根据权利要求9中的载重车的车身，其中第三预定角度被布置为当车身旋转进入到倾卸位置时，尾部面板不会在车身上施加显著的负载扭矩。
11.根据权利要求9的载重车的车身，其中车身进一步包括至少一个枢轴支点的车身， 通过该支点，车身可以通过枢轴安装到载重车的底盘上。
12.根据权利要求11中的载重车的车身，其中尾部面板为有效载荷形成倾卸通道，以致当车身枢轴向上移动以分配有效载荷时，负载的质心保持在枢轴支点的前方。
13.一种用载重车的车身，该车身具有纵向底面，该纵向底面上有成对的位于侧面位置上的相对放置的向上延伸的侧面间隔的侧面挡板，该侧面挡板连接到底面，和前端向上延伸的前面挡板连接到侧面挡板之间，以形成用于装载负载的体积，该底面包括连接到前面挡板上的第一前端面板，而且当车身处于用于运输的较低位置上时，其被布置用于与水平方向形成第一预定角度；第二中间面板，当车身处于较低的方向时，第二中间面板被布置用于与水平方向形成第二预定角度；以及尾部面板，该尾部面板被布置用于与水平方向形成第三预定角度。
14.根据权利要求13中的载重车的车身，其中第三预定角度被布置为当车身旋转进入到倾卸位置时，尾部面板不会在车身上施加显著的负载扭矩。
15.根据权利要求13中的载重车的车身，其中第一预定角度是在5度和沈度之间。
16.根据权利要求13中的载重车的车身，其中第二预定角度是在6度和沈度之间。
17.根据权利要求13中的载重车的车身，其中第三预定角度是在0度和15度之间。
18.根据权利要求13中的载重车的车身，其中车身进一步包括至少一个枢轴支点，通过该枢轴支点，车身可以枢轴安装到载重车的底盘上。
19.根据权利要求18中的载重车的车身，其中尾部面板为有效载荷形成倾卸通道，以致当车身枢轴向上移动以分配有效载荷时，负载的质心保持在枢轴支点的前方。
20.一种矿用自动倾卸式载重车的车身，该车身具有前面挡板和两个位于侧面的间隔放置的侧面挡板和底面，以形成有效载荷的装载体积，底面包括至少一个前端部分，当车身处于有效载荷的运输状态时，其以与水平方向形成的第一预定角度将前部的末端连接到前面挡板和侧面挡板之间的位置上；以及位于侧面挡板之间的向后的后端尾部面板，该尾部面板以与水平方向形成的第二预定角度连接到前端部分上，第二预定角度小于第一预定角度。
21.根据权利要求20中的载重车的车身，其中车身进一步包括至少一个枢轴支点，通过该支点，车身可以枢轴安装到载重车的底盘上。
22.根据权利要求20中的载重车的车身，其中尾部面板为有效载荷形成倾卸通道，以致当车身枢轴向上移动以分配有效载荷时，负载的质心保持在枢轴支点的前方。
23.根据权利要求20中的载重车的车身，其中第三预定角度被布置为当车身旋转进入到倾卸位置时，尾部面板不会在车身上施加显著的负载扭矩。
24.一种矿用自动倾卸式载重车的车身，该车身具有前面挡板和两个位于侧面的间隔放置的侧面挡板和底面，以形成有效载荷的装载体积，底面包括至少一个前端部分，其将前部的末端连接到前面挡板和侧面挡板之间的位置上，前端部分中的至少一部分与水平方向形成第一预定角度；以及位于侧面挡板之间的后端尾部面板，该尾部面板以与水平方向形成的第二预定角度连接到前端部分上。
25.根据权利要求M中的载重车的车身，其中尾部面板为有效载荷形成倾卸通道，以致当车身枢轴向上移动以分配有效载荷时，负载的质心仍保持在相对向前的位置上。
26.根据权利要求M中的载重车的车身，其中第三预定角度被布置为当车身旋转进入到倾卸位置时，尾部面板不会在车身上施加显著的负载扭矩
27.根据权利要求M中的载重车的车身，其中第二预定角度小于第一预定角度。
28.根据权利要求M中的载重车的车身，其中尾部面板对低密度的有效载荷的体积起到部分支撑的作用。
全文摘要
载重车的车身包括前面的挡板，侧面挡板和底面。底面具有安装在与水平方向形成多个预定角度的位置上的多个面板，底面与车身的其他部分一起形成车身之内的有效载荷的体积。底面也包括尾部面板，该尾部面板安装在与水平方向形成较小的角度的位置上，从而方便实现在倾卸操作中的有效载荷的滑落，而且在倾卸操作过程中进一步将有效载荷的质心保持在通常为向前的位置上。
文档编号B60P1/00GK102470789SQ201080030490
公开日2012年5月23日 申请日期2010年12月8日 优先权日2009年12月18日
发明者F·J·雷诺兹, R·L·赫恩 申请人:西方技术服务国际公司