蜗居型、 便携式多功能车棚

钭 辉， 顾海阔， 许皓隆， 刘艺婷， 吕东明

（辽宁石油化工大学 机械工程学院， 辽宁 抚顺 113001）

0 引言

目前市面上具有两种实用性较强的车用车棚， 一种是传统的固定钢架结构，在地面打孔进行固定，上方采用钢架框。 此结构虽稳定牢靠，但具有一维性，不可随意移动，占地空间大，制造成本高，并且存在一定安全隐患，在城市建设中影响美观，不利于统一管理。二是改进型车用帐篷，该车棚在原有基础上做出了相应的改变与调整，增加了人为可操作性，简化钢架结构，能使车篷进行一定程度的收缩，材料简单，使用相对便捷，但因结构固定，也无法根据不同车型进行调整，占地空间较大，且需在场地平整的地方放置。 基于此，本课题研发了一款蜗居型、便携式、易于安装拆卸的多功能车棚[1]。

1 总体结构设计

如图1 所示，整体车棚设计由车棚底座、车棚骨架、车棚棚布，收纳箱四部分组成。

尺寸说明：长×宽×高：4.8m×2.4m×2.4m。

1.1 底座设计

图1 蜗居型、便携式多功能车棚模型

为了增加其稳定性，让底座与地面充分贴合，采取U型槽钢的设计方式，每个底座两侧的U 型槽钢均有5 个螺纹孔控制各个收缩杆的位置，便于支起收缩，同时在底座两侧的U 型槽钢各设置2 个通孔，使用铆钉将其固定在地面，便于加固，增强车棚的稳定性。

如图2～图5 所示， 为了使其便携， U 型槽钢采用了可折叠原理，共六节，两边各三节关于中点对称，并且两端由外向里可依次向中间折叠在一起[2]。

图2 U 型槽钢单个结构

图3 U 型槽钢半折叠结构

尺寸说明：①节：长0.85m，宽0.06m；②节：长0.85m，宽0.08m；③节：长0.85m， 宽 0.1m；（注： 由外向里依次记为①②③节，两端每节各关于中点对称）。 螺纹孔 ：Φ0.048m； 通孔：Φ0.048m。

图4 U 型槽钢装配结构

图5 U 型槽钢折叠结构

1.2 骨架设计

如图6、图7 所示，为了使其实现轻装卸、收纳等功能，棚骨的两侧分别采用了5 根可伸缩套筒直杆（每根直杆由2 根直径不同，长度相等的管组合而成），下与底座U 型槽钢上的螺纹孔对应连接， 上与顶棚骨用弯头相连接。 棚顶采取韧性好、质量轻的材料，采用了5 根可伸缩套筒直杆（每根直杆由3 根管组合而成，两端管的管径相等，长度相等，中间管的管径略大于两端管的管径，长度为两端管的2 倍），使其配合两侧套筒直杆完成车棚的安装和拆卸[2]。

图6 棚骨结构1

图7 棚骨结构2

为了增加车棚的稳定性，并且考虑到便携的特点，我们采用绳子在车棚骨架设置三角形结构。

尺寸说明：①杆：上端长1.1m、Φ0.046m，下端长1.1m、Φ0.048m； ②杆： 上端长1.15m、Φ0.046m， 下端长1.15m、Φ0.048m； ③杆： 上端长1.2m、Φ0.046m， 下端长1.2m、Φ0.048m；（注：立杆由左到右依次记为①②③④⑤杆，①和⑤与②和④各关于③对称）。 顶梁：两端长0.6m、Φ0.046m，中间长1.2m、Φ0.048m。

1.3 棚布设计

为了能实现一体化，棚两侧与棚顶采用矩形设计，顶部棚布用顶棚骨和侧棚骨紧密连接， 棚布和车棚整体构架各为一个整体，这样有利于车棚的安装、拆卸与折叠。棚布选择防雨雪、耐用、材质较轻的材料，既延长使用寿命，又能达到便携的特点[3]。

尺寸说明：棚布1：长×宽：7.5m×5m；棚布2：长×宽：2.5m×2.4m；棚布3：长×宽：2.5m×2.4m。

1.4 收纳箱设计

为了使车棚携带方便， 车棚收纳箱选择防雨雪、耐用、材质较轻的材料，采用长方体结构。

尺寸说明：长×宽×高：1.3m×0.6m×0.5m。

2 蜗居型、便携式多功能车棚的静力学分析

2.1 对车棚工作状态下棚顶所受载荷的分析

如图8 所示， 车棚棚顶所受载荷的大小取决于棚顶所落雨雪的质量以及车棚棚骨的材料。 设车棚长为a，宽为b，高为c，车棚棚顶所落雨雪厚度为h，雨雪的密度为ρ，车棚每根立杆所能承受的最大压力为F，忽略棚顶弧度所带来的体积，则车棚棚顶可支撑的雨雪厚度为：

2.2 对车棚工作状态下各个面所承受风力的临界状态分析[4]

图8 蜗居型、便携式多功能车棚模型

当车棚遇到刮风时，要想其不被风吹倒，就要使得立杆给与棚布的力不小于风给棚布带来的压力。 此时风速为v，标准状况下的空气重度为r，重力加速度为g，风压与风速的关系为：

3 结束语

目前主要完成了车棚的整体设计， 接下来将近一步优化车棚的各项性能，细化其各个连接处，直至其达到预期性能。

（1）蜗居：车棚高度仅为市面普通车棚高度的一半，在小区临时使用，不影响小区景观，易被接受，高度尺寸小，提高其抗风性。

（2）便携：一人即可轻松安装拆卸，可折叠，且折叠后占用空间小，还可在紧急情况下作为帐篷使用，方便携带。

（3）通过对车棚在工作状态下棚顶所能承受的最大载荷以及各个面所承受风力的临界状态进行分析， 得出其不会倾倒的条件，保证了此款车棚在使用过程中的安全性。