CN102619386A - 一种碳纤维帐篷支架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种帐篷支架。该帐篷支架由若干碳纤维管、塑料联接件和螺丝钉组成；所述碳纤维管两端边缘的管壁上以及所述联接件的至少一个端口边缘的管壁上均设有用于穿设螺丝钉的贯通的孔，碳纤维管与联接件采用直接插拔的联接结构相连，并用螺丝钉紧固；所述帐篷支架包括方形底座和至少一个支架单元；所述方形底座由前、左、后、右底梁依次通过联接件6联接形成；所述前后底梁均由两根碳纤维管通过联接件1联接而成，所述左右底梁均为一根碳纤维管或由两根碳纤维管两两之间通过联接件2相连；所述支架单元为三根檩条、四根斜梁和四根立柱组合构成的人字型顶篷架。本发明提高了帐篷的结构强度，减轻了帐篷重量，缩小体积，减少架设和拆卸时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维帐篷支架。
背景技术
通常帐篷包括充气帐篷和支架帐篷两大类。充气帐篷采用气密材料制成气柱，粘接后组成结构件，其存在的问题是需要额外配备充气设备，若昼夜温差过大则需要补气，漏气后结构强度大受到较大影响；另外，充气帐篷多采用橡胶、PVC等高分子材料，气味较大；而且其制作周期长，工艺比较复杂。支架帐篷多采用金属管材组成结构件，存在的问题是金属材料比重大，模量低，结构强度受影响。上述两种帐篷的共同缺陷是，帐篷的支架材料要么由需要额外配备充气设备的充气气柱组成，要么由笨重的金属管质材料组成，此类帐篷在部队行军作战中严重限制了部队的机动灵活性。据报道，在海湾战争中以美军为首的多国部队大量使用体积小、拆装灵活和携带方便的帐篷，较好地适应了沙漠地区作战要求，使得部队实现了快速反应。
近年来，碳纤维增强复合材料已经被应用于多个领域，尤其是碳纤维增强树脂基复合材料具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。该种材料制成的管材，是一种力学性能优异的结构材料，其比重不到钢的1/4，抗拉强度一般在3.5GPa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23～43GPa亦高于钢。
发明内容
本发明的目的是提供一种质量轻、强度高且具有新型联接结构的帐篷支架。
本发明所提供的帐篷支架由若干碳纤维管、若干塑料联接件和若干螺丝钉组成；所述碳纤维管两端边缘的管壁上设有用于插入所述螺丝钉的贯通的孔，所述联接件的至少一个端口边缘的管壁上设有用于插入所述螺丝钉的贯通的孔，所述碳纤维管与所述联接件采用直接插拔的联接结构相连，并用螺丝钉紧固；
所述的碳纤维管包含两种长度，其中长碳纤维管与短的碳纤维管的长度比为2∶1.73；
所述塑料联接件包括6种结构的联接件；其中，联接件1为一直通管，且在所述直通管的一端或两端边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件2为一T型三通管，且在所述T型三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件3和联接件4为轴对称结构，它们均为三通管，其中，两个支管形成120度夹角，第三支管与所述两支管垂直，且在所述三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件5为一四通管，其中，两个支管形成120度夹角，另两个支管形成180度夹角并垂直贯穿形成所述120度夹角的两个支管的交点，且在所述四通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件6为一三通管，其中，三个支管两两形成90度的夹角，且在所述三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；
所述帐篷支架包括方形底座和至少一个支架单元；所述方形底座由前底梁、左底梁、后底梁、右底梁依次通过联接件6联接形成；所述前后底梁的长度固定，均由两根所述短碳纤维管通过联接件1联接而成，所述左右底梁均由至少一根所述长碳纤维管组成，左右底梁可根据需要进行延伸，延伸时长碳纤维管两两之间通过联接件2相连；
所述支架单元为三根檩条、四根斜梁和四根立柱组合构成的人字型顶篷架；所述檩条、斜梁、立柱均为所述长碳纤维管；
所述帐篷支架含有一个支架单元；所述支架单元中所述立柱的一端插入联接所述底梁的联接件6，所述立柱、斜梁和檩条之间通过联接件3或联接件4相连构成人字型顶篷架；
所述帐篷支架含有至少两个支架单元；所述支架单元中形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱的一端插入联接所述底梁的联接件6，形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱、斜梁与檩条之间通过联接件3或联接件4相连；所述支架单元中位于所述前立面架和后立面架之间的立柱的一端插入左侧底梁或右侧底梁中的联接件2，所述支架单元中位于所述前立面架和后立面架之间的立柱、斜梁与檩条之间通过联接件5相连。
本发明所述长碳纤维管和短碳纤维管的外径均为10～100mm，管壁厚度为1～10mm，所述长碳纤维管的长度为800～3000mm，短碳纤维管的长度为800～2500mm；所述碳纤维管两端边缘的管壁上所设的贯通的孔的孔径为1～10mm，所述贯通的孔的中心与其所在的碳纤维管最近的端头之间的距离为1～100mm。
所述塑料联接件各端端头处所形成的倒角范围为30～60度。
本发明的6种结构联接件的结构示意图如图1-6所示。
图1所示的联接件1为一直通管，且在所述直通管的一端或两端边缘的管壁上设有贯通的孔；所述直通管的内径为10～100mm，管壁厚度为1～15mm，长度为10～300mm；所述直通管上所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心和与其相近的碳纤维管的端面的距离为1～100mm。
图2所示的联接件2为一T型三通管，且在所述T型三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔，优选在竖直的支管上设有贯通的孔；所述T型三通管中各支管的规格相同。所述T型三通管中各支管的内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心和与其相近的碳纤维管的端面之间的距离为1～100mm。
图3所示的联接件3和图4所示的联接件4为对称结构，它们均为三通管；其中，两个支管形成120度夹角，第三支管与所述两支管垂直；且在所述三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔，优选在形成120度夹角的其中一个支管上设置贯通的孔。所述三通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心与其所在的支管的端面之间的距离为1～100mm。
图5所示的联接件5为一四通管，其中，两个支管形成120度夹角，另两个支管形成180度夹角并垂直贯穿所述120度夹角的顶点；且在所述四通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔，优选在形成120度夹角的其中一个支管上设置贯通的孔。所述四通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心与其所在的支管的端面之间的距离为1～100mm。
图6所示的联接件为一三通管，其中，三个支管两两形成的夹角均为90度，且在至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔。所述三通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心与其所在的支管的端面之间的距离为1～100mm。
本发明所用的碳纤维管由碳纤维和树脂复合制成，其可按照现有方法制备得到或通过商业途径获得，结构示意图如图7、图8所示。制成所述碳纤维管所用的碳纤维的丝束范围为1k～48k；所述的碳纤维也可部分由玻璃纤维替代，碳纤维与玻璃纤维的质量比为1∶4～4∶1。
所述的树脂可为环氧树脂，酚醛树脂，乙烯基树脂等，优选环氧树脂。树脂与碳纤维的质量比3∶17～1∶1。
本发明所用的碳纤维管材可用碳纤维无纬布预浸料或机织布预浸料通过卷绕工艺制备；也可通过纤维浸胶后采用缠绕工艺制备；也可通过纤维浸胶后采用拉挤工艺制备；亦可通过纤维浸胶后采用拉挤/缠绕复合工艺制备。
本发明所用的联接件是以塑料为材质，采用整体成型工艺制备而成的新型结构联接件。所述所塑料具体可为聚四氟乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚酯等，优选聚酰胺。
本发明帐篷支架全部采用碳纤维管材，并采用整体成型的新型结构的塑料联接件联接，克服了碳纤维管材与金属联接件紧固时，碳纤维管容易碎裂的缺陷。以上述碳纤维管材和联接件可以制成各种规格的帐篷支架，同时提升了帐篷的结构强度，减轻了帐篷重量，缩小体积，减少架设和拆卸时间。
若是完全采用碳纤维增强复合材料管材制成的碳纤维支架韧性差，折弯困难，并且联接紧固时容易致碳纤维管材碎裂，作为帐篷结构件联接难度很大。本发明所提供的帐篷支架由若干碳纤维管和塑料联接件组成，它具有高强度、高弹性、抗老化、抗冲击、耐腐蚀、易着色、低收缩、品质稳定、轻质美观等优点，与传统的钢、铁及塑胶制品相比，它既具有钢铁制品的强度又具有塑胶制品的韧性，是一种新型复合结构设计。
附图说明
图1为本发明的帐篷支架中的联接件1的结构示意图。
图2为本发明的帐篷支架中的联接件2的结构示意图。
图3为本发明的帐篷支架中的联接件3的结构示意图。
图4为本发明的帐篷支架中的联接件4的结构示意图。
图5为本发明的帐篷支架中的联接件5的结构示意图。
图6为本发明的帐篷支架中的联接件6的结构示意图。
图7为本发明的帐篷支架中的碳纤维管的结构示意图。
图8为本发明的含一个支架单元的帐篷支架的结构示意图。
图9为本发明的含两个支架单元的帐篷支架的结构示意图。
图10为本发明的含三个支架单元的帐篷支架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明的帐篷支架进行详细的说明。
实施例1、碳纤维帐篷支架
帐篷支架由若干碳纤维管、若干塑料(聚酰胺)联接件1-6和若干螺丝钉组成。所述碳纤维管两端边缘的管壁上设有用于穿设所述螺丝钉的贯通的孔，所述联接件的至少一个端口边缘的管壁上设有用于穿设所述螺丝钉的贯通的孔，所述碳纤维管与所述联接件采用直接插拔的联接结构形式，并用螺丝钉紧固；
其中，所述碳纤维管的外径为32mm，管壁厚度为3.2mm，长度为1880mm；碳纤维管两端边缘的管壁上所设孔的孔径为3mm，所述孔的倒角为45度，所述孔的中心和与其相近的碳纤维管的端面之间的距离为30mm。
构成帐篷支架的各碳纤维管的管径规格相同。构成帐篷支架的侧面和顶端的碳纤维管的长度相同，均为1880mm；构成帐篷支架底座的前后底梁的碳纤维管由两根1628mm长碳纤维管对接组成，所构成的底梁长度均为3256mm。
所述联接件采用整体成型工艺制备而成。
图1所示的联接件1为一直通管，且在所述直通管的一端边缘的管壁上设有贯通的孔；所述直通管的内径为32mm，管壁厚度为4mm，长度为100mm；所述直通管上所述孔的直径为3mm，所形成的倒角范围为40～45度，所述孔的中心与其所在的碳纤维管最近的端头之间的距离为30mm。
图2所示的联接件2为一T型三通管，且在所述T型三通管的竖直支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；所述T型三通管中各支管的规格相同，其内径均为32mm，管壁厚度均为4mm，长度均为100mm；所述孔的直径为3mm，所述孔的倒角范围为40～45度，所述孔的中心与其所在的碳纤维管最近的端头之间的距离为30mm。
图3、4所示的联接件3、4为对称结构，它们均为三通管；其中，两个支管形成120度夹角，第三支管与所述两支管垂直；且在形成120度夹角的其中一个支管上设置贯通的孔。所述三通管中各支管的规格相同，其内径均为32mm，管壁厚度均为4mm，长度均为100mm；所述孔的直径为3mm，所形成的倒角范围为40～45度，所述孔的中心与其所在的支管的端头之间的距离为30mm。
图5所示的联接件5为一四通管，其中，两个支管形成120度夹角，另两个支管形成180度夹角并垂直贯穿所述120度夹角的顶点，形成180度角的两个支管所在平面与形成120度角的两个支管所在平面垂直；且在形成120度夹角的其中一个支管上设置贯通的孔。所述四通管中各支管的规格相同，其内径均为32mm，管壁厚度均为4mm，长度均为100mm；所述孔的直径为3mm，所形成的倒角范围为40～45度，所述孔的中心与其所在的支管的端头之间的距离为30mm。
图6所示的联接件6为一三通管，其中，三个支管两两形成的夹角均为90度，且在至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔。所述三通管中各支管的规格相同，其内径均为32mm，管壁厚度均为4mm，长度均为100mm；所述孔的直径为3mm，所形成的倒角范围为40～45度，所述孔的中心与其所在的支管的端头之间的距离为30mm。
结合附图8，本发明的帐篷支架由一个方形底座和一个支架单元组成；所述方形底座由前底梁7、左底梁8、后底梁9、右底梁10依次通过联接件6联接形成；所述前底梁和后底梁均由两根碳纤维管通过联接件1联接而成，所述左右底梁均由一根碳纤维管组成。所述支架单元为三根檩条、四根斜梁和四根立柱组合构成的人字顶篷架；所述檩条、斜梁、立柱均为碳纤维管。所述支架单元中的四根立柱的一端均插入联接底梁的联接件6，立柱、斜梁和檩条之间通过联接件3或联接件4相连，共同构成人字顶棚。
结合附图9，本发明的帐篷支架由一个方形底座和两个支架单元组成；所述方形底座由前底梁7、左底梁8、后底梁9、右底梁10依次通过联接件6联接形成；所述前底梁、后底梁、左底梁、右底梁均由两根碳纤维管通过联接件1联接而成。
所述帐篷支架含有两个支架单元；所述支架单元中形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱的一端插入联接所述底梁的联接件6，形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱、斜梁与檩条之间通过联接件3或联接件4相连；位于所述前立面架和后立面架之间的两个支架单元所共用的立柱一端插入左侧底梁或右侧底梁中的联接件2，两个支架单元所共用的立柱、斜梁或共用的两斜梁与其相邻的檩条之间通过联接件5相连。
结合附图10，本发明的帐篷支架由一个方形底座和三个支架单元组成；所述方形底座由前底梁7、左底梁8、后底梁9、右底梁10依次通过联接件6联接形成；所述前底梁、后底梁、左底梁、右底梁均由两根碳纤维管通过联接件1联接而成。
所述帐篷支架含有三个支架单元；所述支架单元中形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱的一端插入联接所述底梁的联接件6，形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱、斜梁与檩条之间通过联接件3或联接件4相连；位于所述前立面架和后立面架之间的三个支架单元两两所共用的立柱一端插入左侧底梁或右侧底梁中的联接件2，支架单元两两所共用的立柱、斜梁或共用的两斜梁与其相邻的檩条之间通过联接件5相连。
用本发明提供的管材可以制作多种规格的帐篷支架。
对本发明的由一个方形底座和3个支架单元组成帐篷支架进行风载和雪载性能测试，结果见表1。测试方法参照欧洲标准BS EN 13782-2005。
表1
| 项目 | 风载，kg/m2 | 雪载，kg/m2 | 重量，kg | 参考标准 |
| 金属支架帐篷 | 25 | 12 | 70 | BS EN 13782-2005 |
| 碳纤维支架帐篷 | 50 | 30 | 25 | BS EN 13782-2005 |
| 提高百分率，％ | 100 | 150 | -60 |
结果表明，本发明的碳纤维帐篷支架的最大风荷载量为0.5kN/m2，最大雪荷载量为0.3kN/m2。与同等结构的金属帐篷支架(其中，所用金属管的规格与本发明中所用碳纤维管的规格相同)相比，其风荷载量提高50～100％，雪荷载量提高100～150％，同时质量降低了40-60％。
本领域技术人员中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅用来说明本发明，而并非用于作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变形都将落在本发明的权利要求书的范围内。
Claims (9)
1.一种帐篷支架，由若干碳纤维管、若干塑料联接件和若干螺丝钉组成；所述碳纤维管两端边缘的管壁上设有用于插入所述螺丝钉的贯通孔，所述联接件的至少一个端口边缘的管壁上设有用于插入所述螺丝钉的贯通孔，所述碳纤维管与所述联接件采用直接插拔的联接结构相连，并用螺丝钉紧固；
所述碳纤维管包括两种长度的碳纤维管，其中长碳纤维管与短的碳纤维管的长度比为2∶1.73；
所述塑料联接件包括6种结构的联接件；其中，联接件1为一直通管，且在所述直通管的一端或两端边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件2为一T型三通管，且在所述T型三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件3和联接件4为轴对称结构，它们均为三通管，其中，两个支管形成120度夹角，第三支管与所述两支管垂直，且在所述三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件5为一四通管，其中，两个支管形成120度夹角，另两个支管形成180度夹角并垂直贯穿形成所述120度夹角的两个支管的交点，形成180度角的两个支管所在平面与形成120度角的两个支管所在平面垂直，且在所述四通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；联接件6为一三通管，其中，三个支管两两形成90度的夹角，且在所述三通管的至少一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；
所述帐篷支架包括方形底座和至少一个支架单元；所述方形底座由前底梁、左底梁、后底梁、右底梁依次通过联接件6联接形成；所述前后底梁的长度固定，均由两根所述短碳纤维管通过联接件1联接而成，所述左右底梁均由一根所述长碳纤维管组成或由至少两根所述长碳纤维管两两之间通过联接件2联接组成；
所述支架单元为三根檩条、四根斜梁和四根立柱组合构成的人字型顶篷架；所述檩条、斜梁、立柱均为所述长碳纤维管；
所述帐篷支架含有一个支架单元；所述支架单元中所述立柱的一端插入联接所述底梁的联接件6，所述立柱、斜梁和檩条之间通过联接件3或联接件4相连构成人字型顶篷架；
所述帐篷支架含有至少两个支架单元；所述支架单元中形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱的一端插入联接所述底梁的联接件6，形成所述帐篷支架前立面架和后立面架的立柱、斜梁与檩条之间通过联接件3或联接件4相连；所述支架单元中位于所述前立面架和后立面架之间的立柱的一端插入左侧底梁或右侧底梁中的联接件2，所述支架单元中位于所述前立面架和后立面架之间的立柱、斜梁与檩条之间通过联接件5相连。
2.根据权利要求1所述的帐篷支架，其特征在于：
所述长碳纤维管和短纤维管的外径均为10～100mm，管壁厚度为1～10mm，所述长纤维管的长度为800～3000mm，短纤维管的长度为800～2500mm；所述碳纤维管两端边缘的管壁上所设贯通孔的孔径为1～10mm，所述贯通孔的中心与其所在的碳纤维管最近的端头之间的距离为1～100mm；
所述塑料联接件各端端头处所形成的倒角范围为30～60度。
3.根据权利要求1或2所述的帐篷支架，其特征在于：所述联接件1中的直通管的内径为10～100mm，管壁厚度为1～15mm，长度为1～300mm；所述直通管上所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心和与其相近的碳纤维管的端面的距离为1～150mm。
4.根据权利要求1或2所述的帐篷支架，其特征在于：所述联接件2中的T型三通管中的竖直支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；所述T型三通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心和与其相近的碳纤维管的端面之间的距离为1～100mm。
5.根据权利要求1或2所述的帐篷支架，其特征在于：所述联接件3和联接件4中的三通管中形成120度夹角的其中一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；所述三通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心与其所在的支管的端面之间的距离为1～100mm。
6.根据权利要求1或2所述的帐篷支架，其特征在于：所述联接件5中的四通管中形成120度夹角的其中一个支管的端口边缘的管壁上设有贯通的孔；所述四通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心与其所在的支管的端面之间的距离为1～100mm。
7.根据权利要求1或2所述的帐篷支架，其特征在于：所述联接件6中的三通管中各支管的规格相同，其内径均为10～100mm，管壁厚度均为1～15mm，长度均为10～200mm；所述孔的直径为1～20mm，所述孔的孔口倒角范围为30～60度，所述孔的中心与其所在的支管的端面之间的距离为1～100mm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的帐篷支架，其特征在于：所述塑料联接件采用整体成型工艺制备而成。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的帐篷支架，其特征在于：所述塑料联接件由聚四氟乙烯，聚丙烯，聚酰胺或聚酯制成。
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| CN (1) | CN102619386A (zh) |
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