About the vehicle modification and utility addition, the term custom Roof rack brackets has become common in the groups of outdoor enthusiasts, overlanders, and commercial fleet managers as an accessory they cannot do without. Those brackets form the structural connection point of a vehicle roof with whatever is mounted to it cargo baskets, rooftop tents, solar panels, or jerry cans. The real world demands that roof rack brackets must be capable of supporting both static and dynamic load, be it and preparing a 4×4 to go bang on trail or just the need to carry more cargo with a daily driver.
Τα στηρίγματα σχάρας οροφής αυτοκινήτου διατίθενται σε μεγάλη ποικιλία τύπων, ξεκινώντας από την καθολική εφαρμογή, έως τη συγκεκριμένη μάρκα και μοντέλο οχήματος. Όλα είναι διαμορφωμένα έτσι ώστε να εφαρμόζουν άνετα, να υποστηρίζουν το βάρος του φορτίου και να το εκθέτουν στα στοιχεία της φύσης. Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής αποδεικνύονται η ιδανική λύση για άτομα που χρειάζονται τα στηρίγματα που είναι ισχυρότερα ή προσαρμογή ειδικά για το όχημα. Μπορούν να τοποθετηθούν με ακρίβεια, να έχουν μεγαλύτερα φορτία και να εξοπλιστούν με ειδικό εξοπλισμό.
Το άρθρο που ακολουθεί επιχειρεί να ασχοληθεί με τα υλικά και τη μηχανική σχεδιασμού σε επίπεδο δοκιμών κόπωσης και πραγματικών μελετών περίπτωσης.
Στηρίγματα σχάρας οροφής
Roof rack brackets are structural support items used to mount racks, baskets, and accessories to the roof of a vehicle. Load-bearing systems are built on these brackets, which make them highly utilize in cargo transportation, overlanding, and industrial use. Regarding the issue of fitting a utility van or even coming up with a custom-made 4×4 system, the είδος βραχίονα και το υλικό που θα χρησιμοποιηθεί είναι ιδιαίτερα ανησυχητικό.
Πρακτικές διαιρέσεις και χρήση
1. OEM Custom Brackets
Τα στηρίγματα του κατασκευαστή αρχικού εξοπλισμού (OEM) είναι στηρίγματα ειδικά για το όχημα. Είναι βολικά και, στις περισσότερες περιπτώσεις, δεν είναι αρκετά ισχυρά ή δεν είναι αρκετά ευέλικτα για να χρησιμοποιηθούν σε πιο σοβαρές εργασίες. Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής από την άλλη πλευρά κατασκευάζονται με γνώμονα ορισμένες εφαρμογές και μπορεί κανείς να αισθάνεται ελεύθερος να αλλάξει το μέγεθος, την ποιότητα του υλικού και τη μέθοδο στερέωσης επίσης.
2. Χρήση περιπτώσεων χρήσης στηριγμάτων οροφής αυτοκινήτου
Τα στηρίγματα σχάρας οροφής αυτοκινήτου είναι ελαφρού έως μεσαίου τύπου και περιλαμβάνουν σκηνές οροφής, σχάρες ποδηλάτων και κουτιά κοινής ωφέλειας. Το επίπεδο προσαρμογής σε αυτή την περίπτωση θα επικεντρωθεί στην κατανομή του βάρους, την αεροδυναμική και η προσαρμογή μπορεί να εγκατασταθεί εύκολα χωρίς να λυγίσει η δομή του οχήματος.
Χρησιμοποιούμενο υλικό και μηχανικές ιδιότητες
Ο σχεδιασμός των προσαρμοσμένων στηριγμάτων σχάρας οροφής και των στηριγμάτων σχάρας οροφής αυτοκινήτου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιλογή του υλικού που χρησιμοποιείται. Το υλικό που χρησιμοποιείται καθορίζει επίσης την αντοχή του βραχίονα, αλλά το βάρος, η αντοχή στη διάβρωση, η διάρκεια ζωής λόγω κόπωσης και η απόδοση υπό διαφορετικά θερμικά και μηχανικά φορτία εξαρτώνται από το υλικό.
Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα υλικά, οι μηχανικές τους ιδιότητες και η καταλληλότητά τους για εφαρμογή είναι τα εξής.
1. Κράμα αλουμινίου 6061-T6
Το πιο προτιμώμενο κράμα για την κατασκευή των στηριγμάτων σχάρας οροφής θα ήταν το κράμα αλουμινίου 6061-T6, καθώς είναι πολύ ισχυρό αλλά ελαφρύ, μη διαβρωτικό και μπορεί να επεξεργαστεί ή να συγκολληθεί.
Μηχανικές ιδιότητες:
- Δύναμη παραγωγής: 276 MPa
- Αντοχή σε εφελκυσμό (UTS): 310 MPa
- Όριο κόπωσης (αντίστροφη τάση): ~96 MPa
- Μέτρο ελαστικότητας: 68,9 Giga Pascal
- Αντοχή σε διάτμηση: 207 MPa
- Πυκνότητα: 2,70 g/cm 3
- Σημείο τήξης: ~582-652 o C
- Θερμική αγωγιμότητα 167 W/m K
- Εύρος θερμοκρασιών λειτουργίας: -200 °C έως 150 °C
Πλεονεκτήματα
- Lightweight – an amazing bearing strength with a negligible increase in mass
- Οι άκρες μπορούν να είναι ανοδιωμένες ή με βαφή πούδρας.
- Η ιδιοσυγκρασία T6 έχει αντοχή μετά την κατεργασία [απόκριση]
Περιορισμοί:
- Μη φιλικό προς τη διάβρωση λόγω ρωγμών λόγω τάσης σε περιβάλλοντα πλούσια σε χλωριόντα (π.χ. θαλάσσια)
Εφαρμογές:
Και χρησιμοποιήθηκε σε εφαρμογές εκτός δρόμου και χερσαίας ζώνης, όπου τα στηρίγματα της σχάρας οροφής θα θεωρούνταν ειδικά κατασκευασμένα, αλλά θα έπρεπε να αντέχουν δυναμικά φορτία έως 120 kg και περισσότερους από 500.000 κύκλους κόπωσης από κραδασμούς χωρίς μόνιμη παραμόρφωση (πλαστικότητα).
2. Ανοξείδωτο χάλυβα (304/316)
Εφαρμογές από ανοξείδωτο χάλυβα και όπου η ακαμψία και η αντοχή στη διάβρωση έχουν μεγαλύτερη σημασία από το βάρος, συναντώνται στη χρήση σε βραχίονες σχάρας οροφής αυτοκινήτου. Οι πιο συνηθισμένες είναι οι ποιότητες 304 και 316.
Μηχανικές ιδιότητες (304):
- Δύναμη παραγωγής: -215MPa
- UTS: 505-585 MPa
- Διάλειμμα επιμήκυνσης: 40%.
- Πυκνότητα: 7,9 g/cm 3
- θερμοκρασία λειτουργίας: -196C έως 870C
- Θερμική διαστολή: 17,2 μm/m C βαθμούς.
- Αντοχή στη διάβρωση: πολύ καλή, ιδίως σε αστικές και βιομηχανικές ατμόσφαιρες
Ο βαθμός 316 χρησιμοποιείται συνήθως σε περιβάλλον πλούσιο σε χλωρίδια, καθώς περιέχει πρόσθετο μολυβδαίνιο, το οποίο παρέχει στο υλικό ανώτερη αντοχή.
Πλεονεκτήματα:
- Αντοχή σε οξείδωση, βροχή, υπεριώδη ακτινοβολία και ψεκασμό αλατιού
- Υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, κόπωση, φορτία, στατικά και δυναμικά.
Επίσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων, όπου το βάρος του φορτίου που πρόκειται να υποστηριχθεί από τα στηρίγματα της σχάρας οροφής του αυτοκινήτου πρέπει να υπερβαίνει τα 150 kg.
Περιορισμοί:
- Πυκνότερο από το αλουμίνιο ( περίπου 3x).
- μηχανές και συγκολλήσεις πιο συγκεκριμένα,
- Ήπιος χάλυβας (χάλυβας άνθρακα ψυχρής έλασης, A36 ή ίσος
Ήπιος χάλυβας
Ο ήπιος χάλυβας είναι πολύ συνηθισμένος σε κατασκευές χαμηλού κόστους όπου απαιτείται αντοχή και δεν απαιτείται μεγάλη διάρκεια ζωής χωρίς καμία άλλη επίστρωση, όπως τα στηρίγματα της σχάρας οροφής του αυτοκινήτου.
Μηχανικές ιδιότητες:
- Δύναμη παραγωγής: περίπου 250 MPa
- UTS: ~MPa
- Όριο κόπωσης (Est): ~MPa
- Πυκνότητα: 7.85g/cm 3
- Σκληρότητα Brinell: 120 -180
- Θερμική αγωγιμότητα 43 W/m K
- Θερμοκρασία σύντηξης: -1540-1425 o °C.
Πλεονεκτήματα:
- Φτηνό ως προσωρινό μέτρο ή προσωρινή λύση.
- Υψηλή κατεργασιμότητα
- Ενισχυμένα με τούβλα στηρίγματα, υπό περιορισμένο αριθμό κύκλων καταπόνησης
Περιορισμοί:
- Χρειάζεται βαφή, γαλβάνισμα ή επίστρωση με πούδρα- είναι έτοιμο να σκουριάσει
- Κακή επιβίωση σε κόπωση σε σύγκριση με το αλουμίνιο και τον ανοξείδωτο χάλυβα
Περίπτωση χρήσης:
Εφαρμογή σε συστήματα οχημάτων στόλου ή ρυμουλκούμενα κοινής ωφέλειας όπου τα στηρίγματα της σχάρας οροφής αυτοκινήτου παράγονται μαζικά και στη συνέχεια επιχρίονται με επίστρωση πούδρας με εποξειδική βαφή πούδρας με 500 ή περισσότερες ώρες αντίστασης στον ψεκασμό αλατιού (πρότυπο ASTM B117).
3. Composite Materials (Carbon Fibre Reinforced Polymers – CFRP)
Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής από CFRP κατασκευάζονται περιστασιακά σε high-end χρήσεις, αν και σε χαμηλούς όγκους, και κυρίως στον μηχανοκίνητο αθλητισμό ή σε χρήσεις με υψηλό βάρος.
Ιδιότητες:
- Αντοχή σε εφελκυσμό: ~600-1200 MPa
- Πυκνότητα: 1,6 g/cm 3
- Ανθυγιεινή κόπωση: τεράστια
- Θερμική σταθερότητα: εξαρτώμενη από τη μήτρα της ρητίνης,
- Αντοχή στη διάβρωση: Πολύ καλή
Πλεονεκτήματα:
- Εξαιρετικά ελαφρύ
- Μπορούν να διαμορφωθούν μεμονωμένα αεροδυναμικά σχήματα
Περιορισμοί:
- Πολύ ακριβό
- Περιπτώσεις που στερούνται λεπτότητας
- Και ένα βιδωτό, χωρίς ένθετα, δεν θα ήταν μια καλή προοπτική
Πίνακας σύγκρισης υλικών
| Ακίνητα | Αλουμίνιο 6061-T6 | Ανοξείδωτο χάλυβα 304 | Ήπιος χάλυβας | CFRP |
| Δύναμη παραγωγής (MPa) | 276 | 215 | 250 | 600+ |
| UTS (MPa) | 310 | 585 | 370 | 1200 |
| Πυκνότητα (g/cm³) | 2.70 | 7.9 | 7.85 | 1.6 |
| Αντοχή στη διάβρωση | Μέτρια | Εξαιρετικό | Χαμηλή | Εξαιρετικό |
| Θερμικό όριο (°C) | 150 | 870 | 500+ | ~150 |
| Αντοχή στην κόπωση | Μέτρια | Υψηλή | Χαμηλή | Πολύ υψηλή |
| Κατεργασιμότητα | Εξαιρετικό | Μέτρια | Υψηλή | Χαμηλή |
Επιλογή υλικού
Το υλικό των στηριγμάτων οροφής ή των στηριγμάτων οροφής αυτοκινήτου πρέπει να επιλέγεται λαμβάνοντας υπόψη τις δομικές απαιτήσεις, το περιβάλλον, την ικανότητα φόρτωσης βάρους και το κόστος.
- Σε περίπτωση χρήσης εκτός δρόμου για βαρέως τύπου χρήση, η καλή ισορροπία μεταξύ της αντοχής και της αντοχής στη διάβρωση είναι το αλουμίνιο 6061-T6 με επίστρωση πούδρας.
- Όταν το όχημα πρέπει να αποθηκεύεται σε υγρασία ή χημικές ουσίες, όπως στην περίπτωση των παράκτιων οχημάτων ή των βιομηχανικών οχημάτων, θα ήταν επιθυμητό να χρησιμοποιείται ανοξείδωτος χάλυβας.
- Ο ήπιος χάλυβας μπορεί να είναι ικανοποιητικός σε προσωρινές ή καλυμμένες χρήσεις, αλλά πρέπει να έχει κάποια προστασία από τη διάβρωση.
- Το CFRP είναι ένα εξωτικό, αλλά όχι ένα συνηθισμένο υλικό, λόγω του κόστους και των προβλημάτων στερέωσης.
Οι μηχανικοί και οι κατασκευαστές θα πρέπει επίσης να λαμβάνουν υπόψη άλλους παράγοντες, οι οποίοι περιλαμβάνουν τη θερμοδιαστολή, τη μεταβολή της προφόρτισης του μπουλονιού με τη θερμότητα και τη συγκέντρωση τάσεων στις καμπύλες και τις οπές, που επηρεάζουν τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία υπό επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης.
Διαδικασία κατασκευής στηριγμάτων οροφής
Η τεχνολογία κατασκευής βραχιόνων σχάρας οροφής είναι μια πολύπλοκη διαδικασία εργασίας και απαιτεί το συντονισμό της ακριβούς διαμόρφωσης του υλικού, της σύνδεσης, του φινιρίσματος της επιφάνειας και της επιθεώρησης. Τόσο στα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής όσο και στα στηρίγματα σχάρας οροφής αυτοκινήτου, οι διαστάσεις, η μηχανική ακεραιότητα και η αντίσταση στη διάβρωση είναι υψίστης σημασίας. Τα σημαντικότερα βήματα της διαδικασίας παραγωγής από άκρο σε άκρο είναι τα εξής.
1. Σχεδιασμός CAD, μηχανολογική ανάλυση
Πριν από την παραγωγή του βραχίονα στον πραγματικό κόσμο, ένας μηχανικός θα τον μοντελοποιήσει σε ένα από τα προγράμματα λογισμικού CAD (Computer-Aided Design), όπως το Solid Works, το Auto CAD ή το Fusion 360. Αυτό το μοντέλο έχει τις θέσεις των οπών των συνδετήρων, τις γραμμές κάμψης και τις θέσεις τοποθέτησης. Η ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων (FEA) διεξάγεται συνήθως για να πραγματοποιηθεί η προσομοίωση της συμπεριφοράς του βραχίονα σε σχέση με τα στατικά και δυναμικά φορτία. Σε περιπτώσεις που πρόκειται για προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής, η FEA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανακάλυψη σημείων συγκέντρωσης τάσεων που διαφορετικά δεν θα είχαν επιλυθεί μέχρι τη στιγμή που θα βελτιστοποιηθεί το πάχος του υλικού ή θα ενισχυθεί το εξάρτημα.
Οι ακόλουθες παράμετροι σχεδιασμού είναι σημαντικές:
- Επίδομα και ακτίνα κάμψης (1-2x πάχος υλικού κανονικά).
- Ανοχή οπής ( +-0,1 mm)
- Απόσταση οπών από κέντρο σε κέντρο (π.χ. 100 mm x 50 mm)
- Ελάχιστη ακτίνα κάμψης (20 μοίρες -30 μοίρες για την αποφυγή ρωγμών)
2. Υλικά- Κοπή με λέιζερ ή Waterjet
Όταν επιτευχθεί συμφωνία σχετικά με το σχεδιασμό, η ακατέργαστη λαμαρίνα κόβεται σε σχήμα με κοπτικές μηχανές λέιζερ CNC υψηλής ακρίβειας ή μηχανές waterjet. Οι διαδικασίες αυτές παρέχουν εξαιρετική ακρίβεια διαστάσεων και φινίρισμα ακμών.
- Κοπή με λέιζερ: Ένα λέιζερ Servo εστιάζει είτε σε CO2 είτε σε λέιζερ ινών (~336kW) για την κοπή μετάλλων πάχους έως και 10 mm.
- Κοπή με υδροβολή: Η κοπή με υδροβολή είναι μια κοπή με νερό υψηλής πίεσης (~60.000 psi) και μείγμα λειαντικών σωματιδίων που χρησιμοποιείται για να παρέχει μια κοπή χωρίς θερμότητα.
Η κοπή με λέιζερ είναι επιθυμητή επειδή μπορεί να κόψει ήπιο χάλυβα ή ανοξείδωτο χάλυβα, που ονομάζεται βραχίονες σχάρας οροφής αυτοκινήτου, σε σύντομο χρονικό διάστημα. Παρ' όλα αυτά, η κοπή αλουμινίου με υδροβολή για προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής δεν συνεπάγεται στρέβλωση ή μικρορωγμές, οι οποίες συνδέονται με τη θερμότητα.
- Κοινή ανοχή: +/- 0,05 mm
- Πάχος φύλλου: σε εφαρμογές βαρέως τύπου: 3 mm (κανονικά), 4 6 mm
3. Κάμψη και διαμόρφωση CNC
Στη συνέχεια, τα κενά μεταλλικά φύλλα συμπιέζονται σε σχήμα με υδραυλικές πρέσες ή σερβοηλεκτρικές πρέσες. Η κάμψη με CNC συνδέεται με μεγάλη επαναληψιμότητα και μικρές γωνιακές ανοχές οι οποίες είναι μικρές.
- Δύναμη Τύπου: This varies with the material – 60 tons on 4 mm stainless steel.
- Ανοχή γωνίας κάμψης: +0,5 -0,5 μοίρες
- Αντιστάθμιση ελατηρίου: Καθορίζεται ανάλογα με τις ιδιότητες του υλικού
- Ακτίνα κάμψης: πρέπει να είναι τουλάχιστον 1,5 φορές το πάχος του υλικού για να αποφευχθεί η δημιουργία ρωγμών.
Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής μπορεί να έχουν πολύπλοκα σχήματα όπως σχήμα Z ή σχήμα C, με πολλές στροφές σε αυτά, τα οποία μπορούν να διασφαλιστούν ότι θα είναι συνεπή μόνο με κάμψη CNC.
4. Συγκόλληση και σύνδεση
Όταν απαιτούνται περισσότερα από ένα τεμάχια, π.χ., προσαρμοσμένες βάσεις σχάρας οροφής πολλαπλών στοιχείων, τότε πρέπει να χρησιμοποιείται συγκόλληση. Οι περισσότερες χρησιμοποιούμενες διαδικασίες συγκόλλησης είναι οι εξής:
- Συγκόλληση MIG (αδρανές αέριο μετάλλων): Ο ήπιος χάλυβας μπορεί να συγκολληθεί- το αέριο προστασίας είναι CO 2 ή Ar/CO 2 σε 2030 CFH.
- Συγκόλληση TIG (αδρανές αέριο βολφραμίου): Αυτή είναι η καλύτερη επιλογή για την επεξεργασία αλουμινίου και ανοξείδωτου χάλυβα- χρησιμοποιείται καθαρό αργό.
- Σημειακή συγκόλληση: Εφαρμόζεται σε βραχίονες από λεπτό χάλυβα, σε μεγάλες ποσότητες παραγωγής για την παραγωγή βραχιόνων για την οροφή αυτοκινήτου.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον στο αλουμίνιο παρουσιάζει η διαχείριση της Ζώνης Θερμικής Επίδρασης (HAZ) για την αποφυγή στρεβλώσεων. Αλεσμένες ραφές συγκόλλησης Οι ραφές συγκόλλησης αλέθονται μετά τη συγκόλληση για να εξομαλύνουν τις αιχμηρές ακμές και τα σημεία αύξησης της τάσης, ώστε να είναι ασφαλείς και απαλλαγμένες από κόπωση.
Η κανονική εξέταση μετά τη συγκόλληση θα περιλαμβάνει:
- Το πορώδες ή οι υποκοπές διερευνώνται με οπτική επιθεώρηση.
- Δοκιμή επιφανειακών ρωγμών - δοκιμή διεισδυτικής χρωστικής.
- Δοκιμή της ροπής σπειρώματος ή πριτσινιού, ενσωματωμένη
- Επίστρωση και φινίρισμα επιφανειών
Οι επιφανειακές επεξεργασίες εφαρμόζονται μετά τη διαμόρφωση και τη συγκόλληση για την ενίσχυση της αντοχής στη διάβρωση, της εμφάνισης και της διάρκειας ζωής. Είναι ένα ωραίο βήμα, ειδικά με τα στηρίγματα οροφής αυτοκινήτου, τα οποία είναι αντικείμενα εξωτερικού χώρου.
5. Δημοφιλείς εφαρμογές επικάλυψης
- Επίστρωση σε σκόνη: Πρόκειται για ένα ηλεκτροστατικά εφαρμοζόμενο ξηρό επίχρισμα, το οποίο σκληραίνεται στους 180 200 o C στην περιοχή των 2030 λεπτών. Είναι εξαιρετικά ανθεκτικό στην υπεριώδη ακτινοβολία και το αλάτι.
- Ανοδίωση: Μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ανοδίωση, μπορεί να αναπτυχθεί μια σκληρή, ανθεκτική στη φθορά επίστρωση οξειδίου στο αλουμίνιο.
- Γαλβανισμός εν θερμώ: Τα συστατικά προστίθενται σε ένα δοχείο με λιωμένο ψευδάργυρο (~450 o C), ο οποίος προσφέρει στο χάλυβα μια θυσιαστική αντίσταση στη διάβρωση.
- E-επίστρωση: Εναποθέτει μια ομαλή στρώση ασταριού σε επερχόμενα προϊόντα βαφής.
- Το μέσο βάρος της επικάλυψης είναι 60-100 μικρά. Τα μέρη με καλή επίστρωση έχουν περισσότερες από 500-1000 ώρες προστασίας σε ψεκασμό αλατιού (ASTM B117).
- Προετοιμασία διάτρησης, σφράγισης και συναρμολόγησης: Προετοιμασία συναρμολόγησης με τρυπάνι και βρύση.
- Οι οπές που θα τοποθετηθούν μπορούν να κοπούν τώρα ή μπορεί να χρειαστεί να κατεργαστούν αργότερα για να ταιριάζουν καλά στο βραχίονα. Τα κοχλιωτά ένθετα Rivnuts ή παξιμάδια συγκόλλησης είναι συνηθισμένα όταν τοποθετούνται βιδωτά εξαρτήματα.
- Μεγέθη οπών: Οι πιο συνηθισμένες οπές είναι M6 (6,5 mm), M8 (8,5 mm) ή M10 (10,5 mm).
- Βαθμολογία ροπής στρέψης: 25 Nm
- Εργαλειοθήκες συναρμολόγησης: Οι ιδιοσυσκευές συναρμολόγησης χρησιμοποιούνται στη μαζική παραγωγή για να συγκρατούν στοιχεία όπως ευθυγραμμίσεις και προσαρμογές.
- Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής μπορούν επίσης να αποστέλλονται με ελαστικά παρεμβύσματα, αποστάτες ή αντικραδασμικά μαξιλάρια που έχουν ήδη τοποθετηθεί πριν συσκευαστούν οριστικά.
6. Δοκιμή φορτίου και επιθεώρηση ποιότητας
Κάθε αποστολή των βραχιόνων εξετάζεται ως προς την ποιότητα πριν από την αποστολή. Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής είναι για υψηλό φορτίο και πρέπει να υποβάλλονται σε δοκιμή φορτίου.
- Επαλήθευση διαστάσεων: Χρησιμοποιούνται μανόμετρα, μετρητές και τρισδιάστατοι σαρωτές λέιζερ.
- Δοκιμή φορτίου: Βραχίονες με φορτίο 1,5-2 φορές το ονομαστικό φορτίο (δηλ. 300 kg στατικά)
- Δοκιμή κόπωσης κύκλου: Μιμείται 1 εκατομμύριο κύκλους δόνησης με σερβοϋδραυλικά συστήματα δοκιμών.
- Θερμική ανακύκλωση: Τα εξαρτήματα θερμαίνονται και ψύχονται μεταξύ +85 °C και -40 °C για να διαπιστωθεί η συμπεριφορά του υλικού σε αυτές τις συνθήκες.
Μόνο όταν τα στηρίγματα της σχάρας οροφής αυτοκινήτου έχουν περάσει όλες τις δοκιμές μπορούν να κυκλοφορήσουν στην αγορά.
7. Συσκευασία και ιχνηλασιμότητα
Οι τελικοί βραχίονες καθαρίζονται, επισημαίνονται και γεμίζονται με αφρώδη ή πλαστικά διαχωριστικά για να μην καταστραφούν οι επιφάνειες. Κάθε μονάδα ή παρτίδα φέρει ετικέτα με:
- Αριθμός παρτίδας
- Βαθμός υλικού
- Τύπος επικάλυψης
- Ημερομηνία κατασκευής
Με τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής, όπου χρησιμοποιούνται σε στόλο εργασίας ή σε κρατικό διαγωνισμό, παρέχεται πλήρης τεκμηρίωση ιχνηλασιμότητας, με πιστοποιητικά εργοστασίου, ημερολόγια συγκόλλησης και εκθέσεις επιθεώρησης επίστρωσης.
Προσομοίωση καταπόνησης και δοκιμή φορτίου
Δοκιμή στατικού φορτίου
Τα στηρίγματα δέχονται κατακόρυφα στατικά φορτία 150-300 kg ανά σημείο στήριξης. Η εξέδρα δοκιμών θα φορτίζει σε βήματα των 10 kg και η παραμόρφωση θα διαβάζεται σε κάθε βήμα με ψηφιακά όργανα μέτρησης μετατόπισης.
Δοκιμές δυναμικών δονήσεων και δοκιμές κόπωσης
Οι δυναμικές δοκιμές πραγματοποιούνται στα στηρίγματα της προσαρμοσμένης σχάρας οροφής με 1 εκατομμύριο κύκλους στα 2 -5 Hz για την αναπαραγωγή των πραγματικών συνθηκών οδήγησης με οδήγηση εκτός δρόμου.
- Κύκλος ζωής: Πρέπει να αντέχει 1 εκατομμύριο κύκλους χωρίς ορατές ρωγμές κόπωσης.
- Συντελεστής ασφάλειας λόγω κόπωσης: 1,5x -2x το αναμενόμενο φορτίο λειτουργίας
Θερμικές δοκιμές
Για να δοκιμαστούν τα στηρίγματα έναντι των σοβαρών κλιματικών αλλαγών, τα στηρίγματα υποβάλλονται σε 24ωρους κύκλους σε θαλάμους που κυμαίνονται από -440 βαθμούς C έως 85 βαθμούς C. Η δοκιμή παρακολουθεί τη διαστολή του υλικού και τη διατήρηση της ροπής βίδας.
Σκέψεις σχεδιασμού βραχίονα σχάρας οροφής
Ο εννοιολογικός σχεδιασμός των βραχιόνων της σχάρας οροφής θέτει διάφορα σημαντικά ζητήματα σχετικά με τη δομική φόρτιση, τη συμπεριφορά των υλικών και την ενσωμάτωση του οχήματος. Τόσο τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής όσο και τα στηρίγματα σχάρας οροφής αυτοκινήτου πρέπει να είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν τις καταπονήσεις του πραγματικού κόσμου χωρίς να αποτύχουν, και επίσης πρέπει να μπορούν να προσαρμοστούν σε διαφορετικούς τύπους οροφών.
Ικανότητα καταπόνησης και ικανότητα βάρους
Οι βραχίονες πρέπει να μπορούν να συγκρατήσουν στατικό βάρος, όπως αποσκευές ή φορτίο, και συνήθως κυμαίνονται μεταξύ 50 και 150 kg. Οι δυναμικές δυνάμεις μεγεθύνονται όταν το αυτοκίνητο βρίσκεται σε κίνηση- αυτό προκαλείται από την επιτάχυνση, το φρενάρισμα και τη στροφή. Τα δυναμικά βάρη μπορεί να είναι διπλάσια ή και τριπλάσια από τα στατικά. Οι βραχίονες πρέπει να είναι σε θέση να αντέχουν φορτία πρόσκρουσης που είναι έως και πενταπλάσια της ονομαστικής χωρητικότητας σε σκληρές συνθήκες οδήγησης. Αυτό είναι ιδιαίτερα επιτακτικό στην περίπτωση των προσαρμοσμένων στηριγμάτων σχάρας οροφής, καθώς αυτά είναι συνήθως προσαρμοσμένα για να είναι εκτός δρόμου ή για εμπορικούς σκοπούς. Ένας συντελεστής ασφαλείας 2,0 ή υψηλότερος χρησιμοποιείται συνήθως από τους μηχανικούς κατά το σχεδιασμό.
Βελτιστοποίηση του σχήματος και του πάχους των υλικών
Η αντοχή και η δυσκαμψία επηρεάζονται από το πάχος του υλικού. Στην περίπτωση του χάλυβα, 4-6 mm είναι το τυπικό πάχος. Στην περίπτωση του αλουμινίου, τα 2 -3 mm είναι συνηθισμένα για εξοικονόμηση βάρους. Τα διαμορφωμένα σχήματα, όπως τα προφίλ C ή οι βραχίονες Z, χρησιμοποιούνται συχνά σε προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής για να προσθέσουν ακαμψία χωρίς να αυξήσουν τον όγκο. Τα κιβωτιοειδή σχέδια προσθέτουν μεγαλύτερη αντοχή σε κάμψη και στρέψη. Η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας και της κατανομής των τάσεων πραγματοποιείται με τη βοήθεια λογισμικού FEA. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται στα στηρίγματα της σχάρας οροφής αυτοκινήτων και ιδιαίτερα στη μαζική παραγωγή.
Ευθυγράμμιση της τοποθέτησης και προσαρμογή του οχήματος
- Το Fitment είναι το σημαντικότερο: Τα στηρίγματα της σχάρας οροφής αυτοκινήτου πρέπει να ταιριάζουν με το εργοστασιακό μοτίβο βιδών, την απόσταση των σιδηροτροχιών ή τα σκληρά σημεία στην οροφή του οχήματος. Απαιτούνται ακριβείς οπές με ανοχή +/- 0,1 mm.
- Προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής: Συχνά απαιτούνται προσαρμοσμένα μοντέλα CAD για την ανίχνευση των καμπυλών της οροφής. Η σωστή επαφή θα αποφύγει τους θορύβους και θα βελτιώσει τη μεταφορά φορτίου.
- Ελαστικά μαξιλαράκια ή παρεμβύσματα: Μεταξύ του βραχίονα και του αμαξώματος τοποθετούνται ελαστικά μαξιλαράκια ή παρεμβύσματα. Αυτά σταματούν τη διάβρωση και χρησιμεύουν για την απορρόφηση των κραδασμών κατά την οδήγηση.
- Διάρκεια ζωής και κόπωση από κραδασμούς Ανθεκτικότητα
Τα στηρίγματα πρέπει να υποστηρίζουν τους κραδασμούς από τις ανωμαλίες του δρόμου και τον άνεμο. Αυτές οι καταπονήσεις μπορεί να οδηγήσουν σε αστοχία λόγω κόπωσης με την πάροδο του χρόνου, εάν δεν ληφθούν μέτρα. Οι μελετητές πρέπει να αποφεύγουν τις αιχμηρές γωνίες και τις ανυψώσεις των τάσεων. Οι μετριασμένες ακμές και οι μεταβάσεις εξαλείφουν τον κίνδυνο ρωγμών. Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής που εφαρμόζονται σε καταστάσεις εκτός δρόμου δοκιμάζονται για αρκετούς κύκλους στο εργαστηριακό περιβάλλον. Αυτό παρέχει μακροπρόθεσμη ασφάλεια και ανθεκτικότητα.
Επιφανειακή επίστρωση και περιβαλλοντική αντίσταση
Χρειάζεται υψηλή προστασία από τη διάβρωση λόγω βροχής, αλατιού και έκθεσης στον ήλιο. Τα στηρίγματα της σχάρας οροφής αυτοκινήτου είναι συνήθως βαμμένα με βαφές σκόνης ή γαλβανισμένα. Η βαφή σε σκόνη ψήνεται στους 180-200 o C και είναι ανθεκτική στην υπεριώδη ακτινοβολία και τη σκουριά. Τα κοινά χαλύβδινα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής γαλβανίζονται με ψευδάργυρο, ο οποίος παρέχει θυσιαστική προστασία. Οι επικαλύψεις που χρησιμοποιούνται σε παράκτια ή χιονισμένα περιβάλλοντα πρέπει να επιβιώσουν 500 ώρες ή περισσότερο σε δοκιμές ψεκασμού αλατιού για να θεωρηθούν αξιόπιστες.
Συστήματα τοποθέτησης και συμβατότητα
Τα τρία κύρια στυλ των στηριγμάτων οροφής αυτοκινήτου είναι:
Στηρίγματα στήριξης υδρορροής
Εφαρμόζεται σε παλαιότερα αυτοκίνητα που έχουν υδρορροές βροχής. Αυτά τα στηρίγματα μπορούν κανονικά να αντέξουν βάρος 80 kg/ζεύγος.
Βάσεις στήριξης με σφιγκτήρα
Εφαρμόστε με λαστιχένια πόδια και πλάκες πίεσης στα μαρσπιέ της πόρτας. Χωρητικότητα στατική - 75 kg.
Συστήματα τοποθέτησης τροχιάς
Εμφανίζεται σε προσαρμοσμένες βάσεις σχάρας οροφής, όπου οι ράγες από εξηλασμένο αλουμίνιο βιδώνονται στην οροφή με συνδετήρες M8 που σφίγγονται στα 1820 Nm με παρεμβύσματα στεγανοποίησης για να κάνουν την εγκατάσταση αδιάβροχη.
Μελέτη περίπτωσης: Αποστολή εκτός δρόμου
An off-road trip requires some modification of a vehicle, which is not related to ordinary usage in the city. Fitting a 4×4 with stronger custom Roof rack brackets to make roof loads safe under severe conditions is one of such essential upgrades. Here in this case study, we look at a complete rig that would be used in a two-week overland expedition through rocky desert and forest roads.
Πλατφόρμα και απαιτήσεις των οχημάτων
Το όχημα που χρησιμοποιήθηκε είναι ένα Toyota Land Cruiser 76 Series του 2021, του οποίου η ανάρτηση είναι στερεού άξονα και το φορτίο οροφής είναι 150 kg. Το ταξίδι overlanding επρόκειτο να αποτελείται από την τοποθέτηση σκηνών στην οροφή, δοχείων για κανάλια και ηλιακών συλλεκτών. Η εκτίμηση του συνολικού στατικού φορτίου οροφής ήταν 120 kg. Οι εργοστασιακές ράγες ήταν ανεπαρκείς, γι' αυτό και οι μηχανικοί κατασκεύασαν ένα ζευγάρι προσαρμοσμένων στηριγμάτων σχάρας οροφής, τα οποία ταίριαζαν στο σύστημα υδρορροών βροχής του Land Cruiser. Τα εν λόγω στηρίγματα έπρεπε να συγκρατούν όχι μόνο το βάρος αλλά και τους ακραίους κραδασμούς της οδήγησης εκτός δρόμου.
Σχεδιασμός βραχίονα και επιλογή υλικού
Οι βραχίονες κόπηκαν δομικά με λέιζερ από χάλυβα ψυχρής έλασης πάχους 5 mm (ποιότητας CR4). Ένα προφίλ U με σκληρές φλάντζες κάμφθηκε από κάθε βραχίονα με υδραυλική πρέσα CNC. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις της καταπόνησης για την επικύρωση του βραχίονα με ισοδύναμο δυναμικό φορτίο 450 kg (3,75 × στατικό). Ο όρος έλαβε μια γλωττίδα που συγκολλήθηκε στα κρίσιμα σημεία καταπόνησης των Custom Roof rack brackets," για να ενισχύσει τη στρεπτική ακαμψία χωρίς να είναι πολύ βαρύς. Για την επικάλυψη του συνόλου των βραχιόνων χρησιμοποιήθηκε γαλβανισμός εν θερμώ και στη συνέχεια η μαύρη ματ επίστρωση σκόνης σκληρύνθηκε στους 190 o C / 25 λεπτά για να αντέξει την έντονη υπεριώδη ακτινοβολία της ερήμου και την πιθανή έκθεση στη βροχή.
Φόρτωση και τοποθέτηση της διανομής
Τα στηρίγματα προσαρτήθηκαν στις υδρορροές βροχής του Land Cruiser με U-βίδες M8 από ανοξείδωτο χάλυβα και παξιμάδια με σύσφιξη στα 20 Nm. Για να αποφευχθεί η φθορά του χρώματος και οι κραδασμοί, τοποθετήθηκαν ελαστικά μαξιλαράκια (νεοπρένιο πάχους 5 mm) μεταξύ της βάσης του βραχίονα και του οχήματος. Αυτά φορτώθηκαν μέσω έξι στηριγμάτων σχάρας οροφής αυτοκινήτου (τρία σε κάθε πλευρά) που τοποθετήθηκαν σε απόσταση 650 mm μεταξύ τους, ώστε να εξασφαλιστεί η καλύτερη δυνατή κατανομή της καταπόνησης. Οι δυναμικές δοκιμές δεν απέδειξαν καμία μετατόπιση ακόμη και μετά από 500 χιλιόμετρα μικτών δοκιμών.
Οι επιδόσεις στην αποστολή θα συζητηθούν σε αυτό το τμήμα.
- Το όχημα διένυσε περισσότερα από 2.400 χιλιόμετρα σε διάφορα εδάφη: κυματοειδείς διαδρομές, βραχώδεις αναβάσεις και διασχίσεις ποταμών. Οι θερμοκρασίες περιβάλλοντος κυμαίνονταν από -3 C τη νύχτα έως 42 °C το μεσημέρι σε περιοχές της ερήμου.
- Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής κράτησαν τα δικά τους μέχρι το τέλος: Οι οπτικές εξετάσεις δεν αποκάλυψαν αποκόλληση χρώματος ή αστοχίες συγκόλλησης. Υπήρξε ασήμαντη μετατόπιση των φορτίων και τα στηρίγματα δεν ήταν σφιγμένα καθ' όλη τη διάρκεια του ταξιδιού.
- Επίπεδα κραδασμών στα σημεία στήριξης: Τα επίπεδα κραδασμών στα σημεία τοποθέτησης βρέθηκαν να κυμαίνονται μεταξύ +0,3 g RMS και -0,3 g RMS. Μια τόσο χαμηλή τιμή ήταν απόδειξη της καλής απόσβεσης των κραδασμών λόγω των ελαστικών στρωμάτων απομόνωσης και της ακαμψίας των βραχιόνων.
Ανάλυση και διόρθωση μετά το ταξίδι
Οι βραχίονες αποσυναρμολογήθηκαν και η επιθεώρηση πραγματοποιήθηκε μετά το ταξίδι. Κανένας δεν είχε εμφανή σημάδια κόπωσης ή επιφανειακής διάβρωσης. Η δοκιμή αλατόνερου απέδειξε ότι η επίστρωση υπερέβαινε τα πρότυπα αντοχής 750 ωρών. Η ανατροφοδότηση της ομάδας πεδίου προκάλεσε μικρές βελτιώσεις στο σχεδιασμό των μελλοντικών μοντέλων, όπως μεγαλύτερες οπές με εγκοπές για ευκολότερη ρύθμιση και πρόσθετες διατάξεις για την τοποθέτηση αξεσουάρ. Οι ακόλουθες εξελίξεις παρέχουν επίσης καλύτερη ευελιξία των στηριγμάτων σχάρας οροφής αυτοκινήτου σε δύσκολες συνθήκες.
Συμπέρασμα
Όταν επιλέγετε ένα στήριγμα σχάρας οροφής, η προσαρμογή δεν είναι το μόνο θέμα που πρέπει να λάβετε υπόψη σας, αλλά και η ανθεκτικότητα, η ασφάλεια και οι επιδόσεις. Τόσο τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής όσο και τα στηρίγματα σχάρας οροφής αυτοκινήτου πρέπει να σχεδιάζονται με ακρίβεια, είτε τα δημιουργείτε για να παρακολουθείτε σκληρές αποστολές είτε για καθημερινή χρησιμότητα. Είτε πρόκειται για την επιλογή υλικού και τη διαδικασία συγκόλλησης είτε για τη θερμική διαστολή και τις δοκιμές κύκλου, κάθε πτυχή είναι σημαντική για την προώθηση της αξιοπιστίας του συστήματος που προκύπτει. Μπορεί να μην ακούγεται πολύ, η επένδυση σε βραχίονες υψηλής ποιότητας- ωστόσο, όταν ο εξοπλισμός σας, τα εργαλεία σας ή ακόμη και τα η σκηνή είναι στην κορυφή, γίνεται μια από τις πιο σημαντικές αποφάσεις που μπορείτε να πάρετε.
Συχνές ερωτήσεις
Q1: Ποια είναι η βαθμολογία βάρους των μεταγενέστερων στηριγμάτων σχάρας οροφής;
Τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής έχουν γενικά βαθμολογία στατικού φορτίου 75 150 kg, ανάλογα με το υλικό και τον σχεδιασμό. Πρέπει να είναι σε θέση να αντέξουν 2-5 φορές αυτό το φορτίο σε δυναμικές συνθήκες, όπως οδήγηση εκτός δρόμου ή ταξίδι με υψηλή ταχύτητα. Μην παραβλέπετε ποτέ τον συντελεστή ασφαλείας του στηρίγματος, ο οποίος θα έπρεπε να είναι 2,0 ή περισσότερο.
Q2: Μπορούν να εγκατασταθούν τα στηρίγματα οροφής αυτοκινήτου χωρίς να μεταβληθεί το όχημα;
Και ναι, η πλειονότητα αυτών των πραγμάτων, όπως τα στηρίγματα σχάρας οροφής αυτοκινήτου, προορίζονται για να χρησιμοποιούν τα εργοστασιακά εγκατεστημένα σημεία τοποθέτησης ή τις ράγες οροφής. Παρ' όλα αυτά, τα προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής ενδέχεται να χρειάζονται μικρές προσαρμογές ή ειδικά κιτ τοποθέτησης, ιδίως σε ασυνήθιστα οχήματα ή οχήματα αποστολής.
Ε3: Ποια είναι τα κατάλληλα υλικά για τα στηρίγματα της σχάρας οροφής σε δύσκολες συνθήκες;
Συνήθως χρησιμοποιείται γαλβανισμένος χάλυβας και ανοδιωμένο αλουμίνιο. Σκληρό περιβάλλον Προσαρμοσμένα στηρίγματα σχάρας οροφής μπορεί να είναι κατασκευασμένα από χάλυβα πάχους 4-6 mm, με βαφή πούδρας και προστασία από τη διάβρωση, ώστε να αντέχουν στο αλάτι, την υπεριώδη ακτινοβολία και τις μεγάλες θερμοκρασίες.