本发明所涉及的是用于采矿的大型卡车的车架结构。 一辆矿山车辆的承载能力是指其最终使用时所测得的量值。不过，在设计过程中，车辆的总重受该车的主要部件及系统的利用率的制约。轮胎、发动机、传动系统、减速系统、制动系统、悬挂系统以及许多其他部件都必须与额定的车辆总重相匹配。这里，我们对轮胎的承载率、发动机功率等加以相当确定的限制，并考虑到发动机、轮胎、变速系统在未来可能产生的发展。在确定了车辆可能的额定总重后，可以相应的确定空载重量，而后从额定总重中减去该空载重量即得到所设计地额定承载能力。
由不同厂家生产的现有矿山车辆中有许多共同点，以下即为一些与生产厂家无关的共同之处。
-一满负荷卡车的后悬挂系统的行程与卡车的尺寸相比非常有限。一般地，后轴相对于主梁的最大压缩行程在满载时为50毫米。
-卡车后部的平顺性主要是由轮胎提供的。
-这种卡车的主车架由钢板焊接而成，其重量大（例如一辆额定承载量172吨的卡车，其主车架为16.5吨重）、设计、生产和制造的成本高，并且耐疲劳强度低。
-这种卡车的主要承载件（车身）强度很高，并且通常刚度也很大，这是由于车身需要承受在装载矿石时由大型挖掘机所施加的冲击载荷。
-车身通常是通过若干点支承在卡车主车架上的，例如在后支承点上就有沿车身底侧分布的二、四、六或八个支承点。在某些卡车上，支承点还可分布在车身的前伸部分上，车身与主车架接触点位于靠近前轮中心线上方处。支承刚性车身的这种系统当卡车驶过不平路面时，在卡车的支承主梁内产生一很大的应力梯度。这种结构特点导致了疲劳问题，以及装配成本高和需要相当高的费用来限制卡车行驶路面的不平度。
-车身被液压缸倾斜（顶起），该液压缸支承在前后轮的中间位置附近的卡车主车架上。从而在卡车主车架上产生一相当大的弯曲载荷，因而要求主车架在中间部分非常厚重。
-相对卡车的总宽度而言，四个后轮胎的总宽度较大，典型的四个后轮胎占卡车总宽的65%，这样，按目前的卡车设计方法，卡车主车架则需很窄，且在后轴和车轮支承系统上产生很高的弯曲载荷。狭窄的主车架导致某些部件的保养空间不足，以及转弯时应力变化大和对车身设计的限制，其后果是主车架、后轴、车轮支承总成以及车身的高重量和高成本。
-后轮的双胎一起同步旋转，这样，在小半径转弯过程（常出现在典型的采矿作业中）中，由于行程差的作用，使轮胎严重磨损。另外，还需适当考虑轮胎的外径与充气压力的匹配，以减少滚动半径差对车辆直线行驶的影响。在大型矿车中，一组双胎的两轮胎间的磨损主要发生在后轮胎。
-一般地，在现有卡车设计中，车身与轮胎间力的传递是由非直接的途径实现的，其中包括作用在主车架、后桥壳以及后轮支承系统（主减速器或驱动车轮马达壳）上的高弯曲载荷。另外，当卡车通过不平道路时，这些载荷变化很大。
附图1表示了一种典型的大型矿车。需指出的是，车架结构是十分坚固的，这是由于车架需承受车身通过其与车架上表面的接触所施加的载荷，而且车身升降油缸也与车架相连，如图所示。
多年来，尽管人们提出了诸多有关改进卡车车架设计的方案，但没有一个方案能解决上述的问题。例如美国专利3，704，040，Davis etal公开了一种车架结构，其中后轮对是对称支承的，但其中所述的用于解决不平道路所产生的问题的独立悬挂极其复杂因而造价昂贵，且车身所承受的负荷大都通过车架间接传递，从而导致了车架具有相当大的尺寸和重量。
本发明的目的在于提供一种改进的大型卡车用车架，其中，上述的许多问题至少可以得到改善。
本发明所提供的卡车包括一主车架，主车架分为前部和后部，所述前部装有前车架装置，用以支承一对前轮。所述后部由两个间隔开的车架主梁构成，每个主梁上都连接一安装车轮的轮毂，两个后驱动轮对分别安装在每个轮毂的两侧，此外还包括一基本上为刚性的承载车身以及用于支承所述车身并使其可相对车架枢轴转动的装置，所述两间隔开的车架主梁应在结构上保证所述后轮对之间有一横向间隔，并具有一定阻力防止所述后轮对的扭转运动，但同时又容许所述后轮对绕主梁纵向轴线有限地转动，以便当卡车通过不平道路时容许所述车轮有一定的侧倾。
车身最好是可绕枢轴转动地安装，其安装位置至少在邻近所述轮毂处是与每个后轮对基本对中的。这样就使车身转动所绕的轴线位于后轮对所构成的外廓之内。在一实施例中，车身直接与轮毂铰接。在另一实施例中，车身与部分车架直接铰接，而车架又与轮毂铰接。
在最佳方案中，车身包括一与每个车架主梁直接相连的十字轴装置，所述十字轴的一个轴沿所述车架主梁纵向延伸，固接于每个轮毂的支承装置与该十字轴的一个轴相接，使所述轮毂可绕该轴的轴线做有限的转动，所述十字轴的另一轴则用于使所述车身可绕枢轴转动的安装。
在另一方案中，本发明所提供的卡车包括一主车架，主车架分为前部和后部，所述前部支承一对前轮，所述后部是由两间隔开的车架主梁构成，每个主梁上都连接一安装车轮的轮毂，在所述每个轮毂的两侧，分别装一后驱动轮，此外还包括用于可绕枢轴转动地安装所述车身的装置，其位置处于或邻近于所述轮毂支承装置，从而使所述可绕枢轴转动安装点大致位于每对后轮的上方，所述车身具有足够的刚度维持所述两间隔开的主梁之间的距离。所述车架前部上用于支承所述车身前部的装置，其支承点中至少有一个应位于或邻近于通过所述车轮旋转轴线的一垂直平面上。用于升降所述车身前部使其绕所述枢轴安装点转动的装置支承在所述车架前部上，从而减小对所述车架的弯矩。所述车身仅由所述枢轴安装件和支承该车身前部的支承装置来支承。
通过以上的描述可知，由于车辆的承载车身是直接支承在后轮毂和车架主梁前部上，因而车身所承受的载荷非常直接地传到车辆的车轮上，这样就可以大大减小车架主梁的尺寸同时又不牺牲车架主梁的基本性能。车架主梁的后部可制成大致为管状，采用管状车架的好处是，当电动牵引马达支承在后轮毂上时，管状车架可以传送冷却空气。
在此，术语“管状”包括分开式的管状部分，其中管状部分的纵向上形成有一小的缝隙。使用这种分开式的管状部分的优点在于可降低车架主梁的扭转刚度。从而使车架主梁在工作中允许有少许的扭转运动。管状部分的缝隙可用适当的柔性件如橡胶条来密封。
术语“管状”也包括非圆截面的，例如管状部分可以是正方的，六角形的、八角形的或其它多边形的。
安装后轮的轮毂置于每对车轮之间的好处在于，它适于电动马达驱动后轮的情形，采用这种马达的固有优点是，它可轻易地解决由实心后桥所引起的驱动问题，从而可以减少后轮支承系统的重量，改善后轮胎之间的载荷分布，并减少这种后桥的后轮胎磨损。不过，采用标准的机械驱动系统也可达到较好的效果。
在以下将进一步详述的本发明最佳实施例中，车架主梁的前部包括一标准的发动机环状梁，环状梁固定在间隔开的车架主梁上，其固定位置以所要求的前轮位置来确定，前轮也由环状梁支承。卡车的车身支承在环状梁的中部或其横向间隔开的两点上，从而可以进一步减小卡当车行驶在不平道路上时，车架主梁所承受的扭转力。环状梁上还设置有安装升降油缸的连接点，升降油缸用于卸载时倾斜卡车车身，这样布置也是为了倾斜时减小车架所承受的弯矩。
在另一实施例中，本发明提供了一主车架，一车架前部装置与所述车架相连，用于支承一对前轮;桥总成与所述车架直接连接并装配有后驱动轮对，前悬挂装置与所述车架前部装置以及所述前轮连接，所述前悬挂装置应在结构上保证其抗侧倾能力最小或为零。
以下将参照附图描述本发明的几个实施例。
图1是一典型大型矿车的侧视图，本例中该矿车为Dresser/Wabeo 190;
图2是用于本发明大型矿车的车架的轴测视图;
图3是采用图2所示车架的矿车的侧视图，其中为清楚起见去掉了近侧的车轮;
图4是图3所示矿车的后视图，其中表示了后桥以及车身连接装置的细节;
图5所示为本发明另一实施例的矿车车架平面图，为清楚图中略去了有关前悬挂的细节;
图6是采用图5所示车架的矿车的侧视图;其中为了清楚去掉了近侧的车轮;
图7所示为本发明又一实施例的矿车车架平面图，为了清楚图中略去了有关前悬挂的细节;
图8是采用图7所示车架的矿车的侧视图，其中为清楚起见去掉了近侧的车轮;
图9是图8所示的矿车的后视图，其中表示了后桥以及车身铰接的细节;
图10是图7所示车架的改进型的轴测图，其中表示了本发明的一种典型的前悬挂。
首先参照附图1可知一典型的大型矿车的车架尺寸是很大的。车架主梁1的尺寸主要取决于当矿车驶过不平道路时车架所应具备的抗扭能力以及通过车架主梁1由车身传给前后轮Wf、Wr的载荷。由于在两后轮对Wr之间采用实心后桥，使作用在车架主梁1上的扭力更加增大了。卸载时在车架主梁1上也会产生很大的应力，这是因为车身的全部载荷及所承载的物质都由车架主梁1来承受，并且，由于升降油缸27安装在车架主梁的中部而车身B的转动枢轴在车架主梁1的后部，因而载荷集中作用在车架主梁1的后部。
参照图2至图4可知，本发明第一实施例中的矿车车架的特征在于，它是由一对相对较轻的管状车架主梁10和11构成的，其后端装有安装车轮的轮毂12、13，其前端由一坚固的横梁14诸如环状梁相互连接，横梁14上通常设置有前轮悬挂的安装点。另外还有一较轻的前横梁15用于构成部分或全部保险杠。
安装后轮的轮毂12和13适用于支承后轮的驱动装置如电动牵引马达16、17、18和19，马达又与后轮Wr相连，每个车轮分别安装在轮毂12和13的两侧，如图4所示的那样。
安装后轮的轮毂12和13上还带有枢轴支座24和25，通过枢轴吊板26和27与上述支座的连接将车身B可转动地安装。可转动连接通常采用球式连接，以便轮毂横向摆动时车身有一定的调整余地。
在环状梁14上有标准结构的前轮安装板28，用以连接已知悬挂（未示）如Wabeo/Dresser HydrairⅡ;有用于安装车身升降油缸31的枢轴支座29和30，油缸31与车身的连接如图3所示;另外还有一支承车身用的硬橡胶垫板32，矿车车身的前部即支承在该垫板32上，如图3所示。
本说明书不包括有关牵引马达16至19的连接方式、前轮总成、发动机以及包括驾驶室在内的附件结构等细节。因为这些均可采用相应的标准结构，并属于本领域普通技术人员公知的。不过需特别指出的是，后桥是由单独的短轴构成的，短轴的每侧都装有一车轮，车身B与桥壳直接铰接，铰接点位于后轮所形成的外廓内以及每对车轮的中上方。
由以上描述可知，虽然在上述实施例中车架主梁10和11之间从安装后轮的轮毂12、13到传统的环状梁14一段内没有横梁，但车架主梁10和11无论何时（包括倾卸载荷时）都可保证前后轮之间的纵向距离以及防止安装车轮的轮毂12、13在纵向平面内转动的抗弯强度。施加在轮毂12、13上的这种转动力产生于车身枢轴支座24和25与轮胎相对地面接触点之间的垂直偏移（在纵向平面内）以及后轮的牵引力和后轮的制动力。由于车身B直接连接到轮毂12、13上的枢轴支座24和25上，因而在很大程度上保证了车架主梁10与11之间的横向间隔，这种对车身本身强度的利用可以降低对车架强度、重量和造价的要求。
车架主梁10和11应在结构上保证较低的扭转刚度，以便车轮对可在横向平面内相对自由地转动。这样使一后轮对即使在矿车驶过不平道路时也可将地面接触载荷平均地分给该后轮对中的两个轮胎。对后轮对在横向平面内转动的限制不是靠车架主梁10和11的扭转刚度而是靠诸如轮胎与车身的连接或限制车身枢轴支座24、25内的球铰链的转动来保证的。类似地，为了减少由于这种扭矩对车架施加的载荷，应限制前悬挂的抗侧倾能力或使其为零，这可以用在悬挂元件之间以气室连接或其它适当的方式来实现。
采用管状部分制作车架主梁10和11具有许多优点。其中包括避免车架部件在拐角处的应力集中，且可用来传送冷却空气至支承在轮毂12、13上的牵引马达。不过，从以下实施例的结构中可知，采用管状部分并不是必须的。
上述车架结构大大降低了卡车车架的重量，从而获得较低的卡车空载重量。上述车架可以在不设置后轮悬挂的情况下也可良好的工作。当然有特殊要求的话，可以设置适当的悬挂系统。卡车车身支承在安装后轮的轮毂12、13上以及发动机/前轮安装在环状梁14上，这就意味着，车身仅仅由那些靠近前后轮中心线上方的点来支承。这就大大减小了施加到车架主梁10、11上的载荷，从而允许采用较轻的车架主梁。同理，用于车身的倾斜油缸和枢轴装置的反支点也设置在环状梁14和轮毂12、13上。
上述车架也允许两后轮对之间具有一定的随变特性，这可以不必要求两后轮对之间采用刚性连接，并且在卡车通过不平道路时，允许每个轮对至少可作有限的独立运动。安装后轮的轮毂12、13位于每对车轮之间，就可使每个车轮相互独立地转动，从而避免由于小半径转弯和轮胎的滚动半径差造成的轮胎磨损。
图5和图6所示为本发明的第二实施例，其中包括一对大致为管状横截面的后车架部件41和42，后车架部件41和42插入安装后轮的轮45和46处形成的套筒43和44内，而轮毂45和46又支承着车身倾卸枢轴47如图6所示。每个管状车架部件都有一由其前端横向内弯的前连接部件48和49并与一对前车架部件50和51之一相连。前车架部件50和51是由所述后车架部件41和42之间的某位置向前延伸到车架结构前端的矩形槽钢。在车架结构前端有一具有适当结构的前横梁52将两前车架部件50和51相互连接。前车架装置或环状梁53固定在前车架部件50和51上，并且有一为中央倾卸油缸R设置的安装点54（见图6）和车身垫板55，其位置如图5所示。前轮Wf通过上述的低抗侧倾能力或无抗侧倾能力悬挂、按已知方式支承在环状梁53上（未示）。前车架部件50和51之间应留有一定的空间，以便允许前轮在转向时转动。
用于加固前车架部件50、51的横梁56、57也用于支承燃油和液压油箱F。横梁56、57的结构应保证其在水平面上具有一定的刚度，以保持前车架部件50、51之间的距离，而在铅垂平面上具有较低的刚度，以允许上述的前车架部件50、51扭转。燃油和液压油箱F还进一步由一中心梁58来支承，其方式如图5所示。
如图6所清楚地表示的那样，卡车车身B可转动地安装在轮毂45、46上的点47处，并可在倾卸油缸R的作用下倾翻，如点划线所示。行驶时，车身B的前部Bf与支承垫板55贴合，所以车身B只有三个支承点，且只有一个中央倾卸油缸安装点54。
如图5所示，垫板55上有一中心销，中心销与一孔配合（未示），用以保证车身前部Bf相对车架的强制定位。
如果需要，连接部件48和49可按图5中点划线所示方式向前延伸至前车架部件50和51处。类似地，前车架部件50、51由管状梁构成或U型槽钢制成，这样，连接部件48、49就可通过固定在槽钢内表面上方的板件（未示）与前车架部件连接。连接部件48、49与前车架部件50、51的连接是以焊接或其它适当的方式完成的。
如上所述，管状梁41和42也可以开有缝隙，同时又不损失管状结构所具有的优点。
参照图7至图10，本实施例的车架包括一对前车架部件61和62，其断面形状可为图示的盒形、槽形、管形或任何其它适当的形状。前车架部件61和62由一前车架装置或环状梁63相互连接并保持相互间有一间隔。环状梁63上有车身垫板64和65（见图7和图8）以及连接倾卸油缸H的油缸安装吊耳66（见图8）。垫板64和65布置在环状梁63的后部，以便在车架上产生一与制动力引起的弯矩反向的弯矩。
车架还包括一对相互平行并相互间隔开的后车架部件67和68。该部件67和68由车架连接部件69和70与前车架部件相连。如图7和图10所示，前车架部件61和62间的间隔小于后车架部件67和68间的间隔，以便于前轮Wf转向运动。另外，后车架部件67和68以及车架连接部件69和70可以具有任一理想的截面形状包括前已提到的那些形状。
在每个后车架部件67和68的自由端，有一十字轴件71和72分别与后车架部件67和68刚性连接。十字轴件71和72分别包括纵向轴73和74与横向轴75和76。纵向轴73和74与后车架部件67和68的自由端通过如焊接方式刚性连接。纵向轴73和74又各自带有一对纵向间隔开布置的轴承77、78和79、80。轴承77至80又与支承着后轮对Wr的轮毂总成81和82刚性连接。这样，安装后轮的轮毂81和82即可在垂直于车架纵轴线的平面内做有限的转动。然而，由于十字轴件71和72的纵向轴73和74与后车架部件67和68刚性连接，所以安装后轮的轮毂81和82不能在纵向平面内转动，从而可将牵引力或制动力从后轮Wr传到卡车的其它部件上。
卡车的承载车身B通过轴承83、84和85、86与十字轴件71和72的横向轴75和76可转动地连接（见图8和图9）。轴承83至86是通过轴承保持架和连接件87和88连接到车身B上的（见图8和图9）。这样，当倾卸油缸R作用承载车身B的前部时，车身将绕轴75和76的共同轴线倾翻。
后车架部件67和68是由横车架89连接的。燃油和液压油箱F支承在横车架89上，并由一中间梁90使两油箱F间保持一定的距离。在图5至图7所示的实施例中，横车架89设计成具有一定水平刚度，以保证后车架部件67和68之间的间隔，并具有纵向柔度，以允许后车架部件67和68的扭转。
图10所示为图7所示车架的一种改进形式，在此，后车架部件67和68较短，而连接部件69和70较长而且折角比前述实施例的要小。前车架装置或环状梁63支承着前悬挂总成92（图中只表示了一悬挂总成的细节）。每个悬挂总成92包括一气液弹簧装置93（如Wabeo/Dresser HyclrairⅡ），其中，有一上储气室94与一上摆臂或叉形件95相连，上摆臂95安装在上摆臂安装轴承98和99上。上摆臂95还与前轮主销总成96相连，主销总成96支承在下摆臂或叉形件97上。下摆臂97安装在下摆臂安装轴承100、101上，而这两个轴承均固定在前车架装置或环状梁63上。
为了提供一具有有限的或者零抗侧倾能力的前悬挂，弹簧装置93的两个上储气室94用导管102横向连通。这样，当卡车由于道路不平而绕其纵向轴线扭转时，前悬挂总成92不会对这种运动产生任何显著的阻力，因而限制了由于扭转而施加给车身和车架的载荷，这样就降低了车身和车架的重量及造价。可以理解，上述每一实施例中都可采用具有低的或零抗侧倾能力的前悬挂，而悬挂的形式可以采取任一适当的形式，如图10所示的形式。另外也可以采用全独立式的高柔度前悬挂。