蝸居型、 便攜式多功能車棚

鈄 輝， 顧海闊， 許皓隆， 劉藝婷， 呂東明

（遼寧石油化工大學 機械工程學院， 遼寧 撫順 113001）

0 引言

目前市面上具有兩種實用性較強的車用車棚， 一種是傳統(tǒng)的固定鋼架結構，在地面打孔進行固定，上方采用鋼架框。 此結構雖穩(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，在城市建設中影響美觀，不利于統(tǒng)一管理。二是改進型車用帳篷，該車棚在原有基礎上做出了相應的改變與調整，增加了人為可操作性，簡化鋼架結構，能使車篷進行一定程度的收縮，材料簡單，使用相對便捷，但因結構固定，也無法根據(jù)不同車型進行調整，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 總體結構設計

如圖1 所示，整體車棚設計由車棚底座、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 底座設計

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型槽鋼的設計方式，每個底座兩側的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，同時在底座兩側的U 型槽鋼各設置2 個通孔，使用鉚釘將其固定在地面，便于加固，增強車棚的穩(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)關于中點對稱，并且兩端由外向里可依次向中間折疊在一起[2]。

圖2 U 型槽鋼單個結構

圖3 U 型槽鋼半折疊結構

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)各關于中點對稱）。 螺紋孔 ：Φ0.048m； 通孔：Φ0.048m。

圖4 U 型槽鋼裝配結構

圖5 U 型槽鋼折疊結構

1.2 骨架設計

如圖6、圖7 所示，為了使其實現(xiàn)輕裝卸、收納等功能，棚骨的兩側分別采用了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連接， 上與頂棚骨用彎頭相連接。 棚頂采取韌性好、質量輕的材料，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），使其配合兩側套筒直桿完成車棚的安裝和拆卸[2]。

圖6 棚骨結構1

圖7 棚骨結構2

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

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 棚布設計

為了能實現(xiàn)一體化，棚兩側與棚頂采用矩形設計，頂部棚布用頂棚骨和側棚骨緊密連接， 棚布和車棚整體構架各為一個整體，這樣有利于車棚的安裝、拆卸與折疊。棚布選擇防雨雪、耐用、材質較輕的材料，既延長使用壽命，又能達到便攜的特點[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 收納箱設計

為了使車棚攜帶方便， 車棚收納箱選擇防雨雪、耐用、材質較輕的材料，采用長方體結構。

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量以及車棚棚骨的材料。 設車棚長為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

當車棚遇到刮風時，要想其不被風吹倒，就要使得立桿給與棚布的力不小于風給棚布帶來的壓力。 此時風速為v，標準狀況下的空氣重度為r，重力加速度為g，風壓與風速的關系為：

3 結束語

目前主要完成了車棚的整體設計， 接下來將近一步優(yōu)化車棚的各項性能，細化其各個連接處，直至其達到預期性能。

（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力的臨界狀態(tài)進行分析， 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。