鈄 輝， 顧海闊， 許皓隆， 劉藝婷， 呂東明

（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 遼寧 撫順 113001）

0 引言

目前市面上具有兩種實(shí)用性較強(qiáng)的車用車棚， 一種是傳統(tǒng)的固定鋼架結(jié)構(gòu)，在地面打孔進(jìn)行固定，上方采用鋼架框。 此結(jié)構(gòu)雖穩(wěn)定牢靠，但具有一維性，不可隨意移動，占地空間大，制造成本高，并且存在一定安全隱患，在城市建設(shè)中影響美觀，不利于統(tǒng)一管理。二是改進(jìn)型車用帳篷，該車棚在原有基礎(chǔ)上做出了相應(yīng)的改變與調(diào)整，增加了人為可操作性，簡化鋼架結(jié)構(gòu)，能使車篷進(jìn)行一定程度的收縮，材料簡單，使用相對便捷，但因結(jié)構(gòu)固定，也無法根據(jù)不同車型進(jìn)行調(diào)整，占地空間較大，且需在場地平整的地方放置。 基于此，本課題研發(fā)了一款蝸居型、便攜式、易于安裝拆卸的多功能車棚[1]。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1 所示，整體車棚設(shè)計(jì)由車棚底座、車棚骨架、車棚棚布，收納箱四部分組成。

尺寸說明：長×寬×高：4.8m×2.4m×2.4m。

1.1 底座設(shè)計(jì)

圖1 蝸居型、便攜式多功能車棚模型

為了增加其穩(wěn)定性，讓底座與地面充分貼合，采取U型槽鋼的設(shè)計(jì)方式，每個底座兩側(cè)的U 型槽鋼均有5 個螺紋孔控制各個收縮桿的位置，便于支起收縮，同時在底座兩側(cè)的U 型槽鋼各設(shè)置2 個通孔，使用鉚釘將其固定在地面，便于加固，增強(qiáng)車棚的穩(wěn)定性。

如圖2～圖5 所示， 為了使其便攜， U 型槽鋼采用了可折疊原理，共六節(jié)，兩邊各三節(jié)關(guān)于中點(diǎn)對稱，并且兩端由外向里可依次向中間折疊在一起[2]。

圖2 U 型槽鋼單個結(jié)構(gòu)

圖3 U 型槽鋼半折疊結(jié)構(gòu)

尺寸說明：①節(jié)：長0.85m，寬0.06m；②節(jié)：長0.85m，寬0.08m；③節(jié)：長0.85m， 寬 0.1m；（注： 由外向里依次記為①②③節(jié)，兩端每節(jié)各關(guān)于中點(diǎn)對稱）。 螺紋孔 ：Φ0.048m； 通孔：Φ0.048m。

圖4 U 型槽鋼裝配結(jié)構(gòu)

圖5 U 型槽鋼折疊結(jié)構(gòu)

1.2 骨架設(shè)計(jì)

如圖6、圖7 所示，為了使其實(shí)現(xiàn)輕裝卸、收納等功能，棚骨的兩側(cè)分別采用了5 根可伸縮套筒直桿（每根直桿由2 根直徑不同，長度相等的管組合而成），下與底座U 型槽鋼上的螺紋孔對應(yīng)連接， 上與頂棚骨用彎頭相連接。 棚頂采取韌性好、質(zhì)量輕的材料，采用了5 根可伸縮套筒直桿（每根直桿由3 根管組合而成，兩端管的管徑相等，長度相等，中間管的管徑略大于兩端管的管徑，長度為兩端管的2 倍），使其配合兩側(cè)套筒直桿完成車棚的安裝和拆卸[2]。

圖6 棚骨結(jié)構(gòu)1

圖7 棚骨結(jié)構(gòu)2

為了增加車棚的穩(wěn)定性，并且考慮到便攜的特點(diǎn)，我們采用繩子在車棚骨架設(shè)置三角形結(jié)構(gòu)。

尺寸說明：①桿：上端長1.1m、Φ0.046m，下端長1.1m、Φ0.048m； ②桿： 上端長1.15m、Φ0.046m， 下端長1.15m、Φ0.048m； ③桿： 上端長1.2m、Φ0.046m， 下端長1.2m、Φ0.048m；（注：立桿由左到右依次記為①②③④⑤桿，①和⑤與②和④各關(guān)于③對稱）。 頂梁：兩端長0.6m、Φ0.046m，中間長1.2m、Φ0.048m。

1.3 棚布設(shè)計(jì)

為了能實(shí)現(xiàn)一體化，棚兩側(cè)與棚頂采用矩形設(shè)計(jì)，頂部棚布用頂棚骨和側(cè)棚骨緊密連接， 棚布和車棚整體構(gòu)架各為一個整體，這樣有利于車棚的安裝、拆卸與折疊。棚布選擇防雨雪、耐用、材質(zhì)較輕的材料，既延長使用壽命，又能達(dá)到便攜的特點(diǎn)[3]。

尺寸說明：棚布1：長×寬：7.5m×5m；棚布2：長×寬：2.5m×2.4m；棚布3：長×寬：2.5m×2.4m。

1.4 收納箱設(shè)計(jì)

為了使車棚攜帶方便， 車棚收納箱選擇防雨雪、耐用、材質(zhì)較輕的材料，采用長方體結(jié)構(gòu)。

尺寸說明：長×寬×高：1.3m×0.6m×0.5m。

2 蝸居型、便攜式多功能車棚的靜力學(xué)分析

2.1 對車棚工作狀態(tài)下棚頂所受載荷的分析

如圖8 所示， 車棚棚頂所受載荷的大小取決于棚頂所落雨雪的質(zhì)量以及車棚棚骨的材料。 設(shè)車棚長為a，寬為b，高為c，車棚棚頂所落雨雪厚度為h，雨雪的密度為ρ，車棚每根立桿所能承受的最大壓力為F，忽略棚頂弧度所帶來的體積，則車棚棚頂可支撐的雨雪厚度為：

2.2 對車棚工作狀態(tài)下各個面所承受風(fēng)力的臨界狀態(tài)分析[4]

圖8 蝸居型、便攜式多功能車棚模型

當(dāng)車棚遇到刮風(fēng)時，要想其不被風(fēng)吹倒，就要使得立桿給與棚布的力不小于風(fēng)給棚布帶來的壓力。 此時風(fēng)速為v，標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣重度為r，重力加速度為g，風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系為：

3 結(jié)束語

目前主要完成了車棚的整體設(shè)計(jì)， 接下來將近一步優(yōu)化車棚的各項(xiàng)性能，細(xì)化其各個連接處，直至其達(dá)到預(yù)期性能。

（1）蝸居：車棚高度僅為市面普通車棚高度的一半，在小區(qū)臨時使用，不影響小區(qū)景觀，易被接受，高度尺寸小，提高其抗風(fēng)性。

（2）便攜：一人即可輕松安裝拆卸，可折疊，且折疊后占用空間小，還可在緊急情況下作為帳篷使用，方便攜帶。

（3）通過對車棚在工作狀態(tài)下棚頂所能承受的最大載荷以及各個面所承受風(fēng)力的臨界狀態(tài)進(jìn)行分析， 得出其不會傾倒的條件，保證了此款車棚在使用過程中的安全性。