（光學(xué)工程專業(yè)論文）我國鐵路三層運輸汽車專用車的研究與開發(fā).pdf

摘要 本文闡述了我國鐵路運輸汽車專用車的發(fā)展概況、技術(shù)參數(shù)以及國內(nèi)外 發(fā)展現(xiàn)狀，論述了我國開發(fā)研制三層運輸汽車專用車的必要性和可行性，詳 細(xì)介紹了三層運輸汽車專用車的開發(fā)過程、主要技術(shù)參數(shù)的選取、主要結(jié)構(gòu)、 性能特點以及車體有限元強度分析計算和整車的動力學(xué)分析計算及結(jié)果，并 對該車的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能和推廣前景作了分析與預(yù)測。 本論文的工作具有一定的創(chuàng)新性，首次在國內(nèi)提出了開發(fā)三層運輸汽車 專用車思路，為提高鐵路運輸裝備技術(shù)水平具有一定的現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞鐵路汽車專用車開發(fā) a b s t r a c t 1 1 1t 扯st h e s i s ，“i l l u s 仃：l t e st h eg e n e r a ld c v e l o p m e n ts i t u a t i o n ，t e c h n i c a l p a m m c t e r sa i l di n t e m a t i o n a l 鋤dd o m e s t i cd e v e l o p m c n ts t a t u sq u oo f m es p e c i a l w a g o nf o r 仃a i l s p o r tc a f s ，d i s c u s s e sm en e c e s s i w 鋤df c 踮i b i l i t y t od e v e l o p t 1 1 r e e d e c ks p e c i a l 、v a g o nf o rt 啪s p o r tc a r si na u rc o 吼n y a n di n t r - o d u c e si n d e t a i lt 1 1 a td ed c v d o p i n e n tp r o c e d i l r e s ，s e l e c t i o no f t l l em a i nt e c l l i l i c a lp a r 啦e t e r s ， m a i ns t n l c t u r e ，c a p a b i l i t yc h a r a c t e r s 卸d 趿a l y t i c a lc a k u l a t i o nf o rm ef i n i t e e l e m e n ti n t e m i o no ft l i ec a rb o d ya n dd y l l 鋤i c so fm ec o m p k t cc 缸，a 1 1 da l s o m a k e sa na n a l y s i sa n df b r 。c a s tt ot h em a i nt 。c h n i c a le c o n 伽1 i cc a p a b i l i t i e sa n d p o p u l a r i z i l l gf o r e g r o u n do f m i sc 札 k e yw o r d sr a i l w a y c a r s p e c i 毹仃a n s p o r t ，d e v e l o p m e i l t i i 第一章緒論 第一章緒論 1 1 我國鐵路運輸汽車專用車的歷史及其特點 二十世紀(jì)八十年代以前，我國汽車業(yè)的發(fā)展較為緩慢，鐵路運輸汽車也 只是采用通用平車方式。隨著改革開放的深入，我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和 國際貿(mào)易的逐漸擴大，小汽車的運輸量逐年增加，若仍采用通用平車的鐵路 運輸方式，不但運量小，且運能損耗大，尤其在我國鐵路運輸緊張的情況下， 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了汽車工業(yè)和貿(mào)易發(fā)展的需要。因此，中國南車集團(tuán)北京二七 車輛廠于1 9 8 9 年開發(fā)研制了平車的又一新品種第一代s q l 型運輸汽車 雙層平車。 該車分上下兩層，每層單排裝載，可裝運當(dāng)時國產(chǎn)和進(jìn)口的上海、桑 塔納、標(biāo)致、伏爾加、奧迪等1 6 種主型小汽車，具有結(jié)構(gòu)簡單，運量大， 使用方便等特點，大大提高了運輸能力，比采用通用平車運輸提高運能l l _ 3 倍。該車的投入運行，為小汽車的零公里銷售做出了重大貢獻(xiàn)。同時， 也為汽車銷售部門帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但該車的開敞式運輸方式增加了 用戶負(fù)擔(dān)。為防止實際運輸過程中小汽車發(fā)生損壞、汽車配件被盜等，1 9 9 4 年根據(jù)用戶要求對s q l 型運輸汽車雙層平車加裝了防護(hù)罩及端門。同時，戚 墅堰機車車輛廠在s q l 的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計了帶有防護(hù)罩及端門結(jié)構(gòu)的s q 2 型運輸汽車雙層平車，但其防護(hù)和防盜的性能仍滿足不了用戶的要求，影響 了小汽車的運輸質(zhì)量。 北京二七車輛廠經(jīng)過論證，于1 9 9 8 年開發(fā)研制了鐵道部立項產(chǎn)品第二 代全封閉s q 3 型運輸汽車雙層平車。該車分為上下兩層，整體承載全鋼焊接 全封閉結(jié)構(gòu)，上層底架具有調(diào)整功能，適用于不同高度的汽車混裝；還可以 在靠近車輛端部完全降至下層地板面上，做為上層汽車自行駛裝卸的渡板。 每層單排裝載，可裝運各種微型、小型和中型汽車( 包括轎、客、貨、客貨 兩用車) ，進(jìn)一步擴大了運輸汽車范圍。在帶有壓型加強筋的側(cè)墻上部設(shè)有 苧塞鑾望莖蘭堡主蘭堡絲苧 用鋼板拉網(wǎng)制成的通風(fēng)采光窗。具有結(jié)構(gòu)合理新穎、運輸品種多、安全可靠、 防護(hù)性和防盜性強等特點。隨后北京二七車輛廠、戚墅堰車輛廠、武昌車輛 廠等單位根據(jù)用戶要求又陸續(xù)開發(fā)和改進(jìn)了一批全封閉型運輸汽車雙層平 車。 目前，我國鐵路使用的運輸汽車專用車多為中國南車集團(tuán)北京二七車輛 廠研制生產(chǎn)的，均為雙層，每層單排裝載，車體底架長度在1 6 0 0 0 2 0 8 0 0 毫米之間，裝載小汽車數(shù)量為6 1 2 輛。主要有：第一代產(chǎn)品s q l 型、第二 代產(chǎn)品全封閉s q 3 型、s q 3 k 型、s q 4 型、n s q 型及在j 5 型家畜車基礎(chǔ)上 改造設(shè)計的j 5 s q 型等雙層運輸汽車專用車。該系列產(chǎn)品的投入使用，使鐵 路運輸?shù)母偁幠芰Υ蟠筇岣摺Ｌ貏e是第二代產(chǎn)品全封閉型運輸汽車專用車的 開發(fā)研制，提高了運輸質(zhì)量，運輸安全可靠，承擔(dān)著繁重的運輸汽車任務(wù)， 帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在社會上建立了良好的信譽，更為鐵路 運輸贏得了市場。 國內(nèi)主要雙層運輸汽車專用車的參數(shù)見表l ，外型見圖1 1 到圖1 4 。 圖1 1s q l 型圖1 2s q 3 型 第一章緒論 圖1 3s q 4 型 圖l 一4s q 3 k 型 表1國內(nèi)主要雙層運輸汽車專用車的參數(shù) 車型 項目 s q l 型s q 3 型s q 4 型 s q 3 k 型 自重( t ) 3 3 3 3 1 53 0 13 1 載重( t ) 1 6 8 1 51 21 7 軸重( t ) 2 l2 l2 12 1 每延米載重( t m ) 2 32 13 8 62 2 l 自重系數(shù) 1 9 92 10 7 51 8 2 換長 2 o2 o1 62 o 構(gòu)造速度( i ( i i l h ) 1 0 0 1 0 01 0 01 2 0 通過最小曲線半徑( m ) 1 4 51 4 51 4 51 4 5 車輛定距( 咖) 1 6 5 0 01 6 5 0 01 2 9 0 01 6 5 0 0 車輛長度( 咖) 2 1 7 3 82 1 7 3 81 8 1 3 82 1 7 3 8 車輛寬度( 唧) 3 1 9 53 1 9 73 2 0 l 3 1 9 7 車輛高度( 硼) 4 7 3 44 7 4 5 4 7 2 04 7 2 3 底架長度( 姍) 2 0 8 0 02 0 8 0 0 1 7 2 0 02 0 8 0 0 底架寬度( 姍) 3 0 4 0 3 0 2 03 0 2 03 0 2 0 上層凈空高( 哪) 1 7 1 9 上層最大上層最大 1 7 5 2 下層凈空高( 唧) 1 6 9 0 凈空高凈空高 1 6 9 4 3 1 6 13 1 1 8 斷孰蜘嘞面高空 2 8 9 0 2 9 2 5 下層地曬醯酵憧凇 1 1 0 l1 0 6 31 0 7 51 0 8 3 限界：符合g b l 4 6 1 8 3 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機車車輛限界的 要求，能通過機械化駝峰。 3 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 研究與開發(fā)三層運輸汽車專用車的必要性 雙層運輸汽車專用車自上世紀(jì)8 0 年代開發(fā)以來，為我國鐵路運輸汽車 發(fā)揮了積極的作用?，F(xiàn)在的中國汽車產(chǎn)業(yè)正以3 4 倍g d p 的增長速度飛速 發(fā)展，小汽車則始終保持著汽車行業(yè)增長的龍頭地位，其品種和運量逐年增 加。一方面，汽車向著豪華舒適型發(fā)展，車內(nèi)空間的增大使小汽車的長度和 高度都有新的突破；另一方面，汽車向著小型化、家庭經(jīng)濟(jì)型發(fā)展，汽車私 人消費帶動汽車產(chǎn)銷量快速增長。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路、水路運輸與 鐵路運輸?shù)母偁幰踩找婕ち遥?、水路運輸?shù)土倪\價已成為鐵路強有力 的競爭對手。所以，開發(fā)研制新一代三層全封閉運輸汽車專用車，進(jìn)一步挖 掘我國鐵路運輸設(shè)備的潛力，滿足汽車工業(yè)不斷發(fā)展的新需要，提高運輸能 力是十分必要的，同時也將展示中國鐵路科技的發(fā)展水平，具有明顯的社會 效益和經(jīng)濟(jì)效益，市場前景十分廣闊。根據(jù)鐵道部的安排，我們積極走訪用 戶，在總結(jié)和吸收國內(nèi)外先進(jìn)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，著手研制開發(fā)此項工作， 以滿足鐵路運輸汽車日益增長的需求。 1 3 國外鐵路運輸汽車專用車簡介 目前國外生產(chǎn)的鐵路運輸小汽車專用車分為兩層和三層兩種型式，有獨 立式和關(guān)節(jié)式，均為全封閉結(jié)構(gòu)。 美國生產(chǎn)運輸汽車專用車歷史悠久，技術(shù)成熟。其汽車運輸方式主要有 兩種：8 9 4 標(biāo)準(zhǔn)底架( 地板面高度4 l ”即1 0 5 4 1 m m ) 和低底架( 地板面高 度3 1 即8 0 0 1 m m ) 的模塊車輛。標(biāo)準(zhǔn)底架車輛用于雙層汽車運輸，低底架 車用于三層汽車運輸，如圖1 5 所示。 汽車運輸車輛的最大高度為1 9 o ”( 5 7 9 l m m ) ，后來增大到2 0 2 ” ( 6 1 4 7 m m ) 。同時設(shè)計中采用了多種新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝。車體中、上 塑二里墮堡 層地扳為固定結(jié)構(gòu)，鍍鋅車頂，車體蒙皮也為鍍鋅板，車體兩端上下設(shè)有圓 弧形滑軌，兩扇門可向車體兩側(cè)滑動，兩端的復(fù)合門可減輕重量3 0 ，車體 蒙皮的通風(fēng)孔和透光孔采用密集的柵孔，并有壓型的加強筋，蒙皮與車體桁 架采用了鉚接結(jié)構(gòu)，便于組裝和檢修更換，避免了薄板焊接變形，在美化外 型的同時具有良好的防護(hù)性、防盜性，安全可靠。 圖1 5 美國設(shè)計的汽車運輸貨車 為提高汽車的裝載效率，美國還研制出一種關(guān)節(jié)式車輛。關(guān)節(jié)式車輛不 但可減輕自重，而且進(jìn)一步提高了運輸汽車能力，汽車可在關(guān)節(jié)結(jié)合處裝載， 為用戶提供了高效率的裝載方式。美國在三層汽車運輸車及雙層汽車運輸車 等車輛上都采用了這種技術(shù)。 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 4 論文主要研究工作 本論文對國內(nèi)汽車業(yè)的近期發(fā)展和鐵路運輸汽車市場的調(diào)研結(jié)果、借鑒 國外運輸汽車專用貨車的發(fā)展方向，吸取多年來研制、開發(fā)、運用運輸汽車 專用車的成功經(jīng)驗，結(jié)合我國鐵路線路、限界條件，經(jīng)過總體結(jié)構(gòu)分析、優(yōu) 化后提出我國鐵路三層運輸汽車專用車設(shè)計方案及主要結(jié)構(gòu)，運用有限元分 析軟件和動力學(xué)軟件進(jìn)行建模計算，對方案的車體強度和動力學(xué)特性進(jìn)行了 研究，從而確定設(shè)計方案從技術(shù)上是否可行，因此主要工作如下： 1 、分析汽車主要參數(shù)，確定總體方案，確定車輛主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)選型。 2 、進(jìn)行車體靜強度及車輛動力學(xué)仿真計算，研究其方案可行性。 3 、進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證，分析車輛推廣應(yīng)用前景，得出結(jié)論。 第二章三層運輸汽車專用車方案設(shè)計 第二章三層運輸汽車專用車方案設(shè)計 2 1 三層運輸汽車專用車總體方案的確定及特點 三層運輸汽車專用車總體外型見上圖， 1 載重( t ) 2自重( t ) 3 軸熏( t ) 4 每延米重( t m ) 5 軌距( i 蚰) 6 弱嘲越晶，j 、雌辯徑缸) 7 商業(yè)運營速度( h 曲) 8 輔睫朗勤面商樣皿n ) 9 車輛長度( n u n ) l o 車輛定距( 姍) 1 l 車輛最大高度( 衄) 1 2 車輛最大寬度( m m ) 1 3 車體內(nèi)側(cè)最大寬度( 刪n ) 1 4 底架長( m m ) 1 5 底架寬( m m ) - 7 - 主要性能及尺寸如下： 2 2 3 6 2 1 2 2 3 1 4 3 5 1 4 5 1 2 0 8 8 0 2 6 0 3 0 2 0 8 0 0 5 2 6 0 3 0 3 6 避7 0 0 2 5 l o o 2 8 6 0 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 6 凹底承載面長( 咖) 1 7 車體下部最低點距軌面高( 空車m m ) ： 1 8 凹底斜坡角度 1 9 每層凈空商( m m ) 2 0 轉(zhuǎn)向架 1 2 3 5 0 2 0 5 1 3 0 1 6 0 0 車輪直徑( m m )8 4 0 固定軸距( m m l1 7 5 0 軸頸中心距( m m ) 1 9 5 6 2 1 限界： 車輛下部符合g b l 4 6 1 8 3 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機車車輛限界， 上部在g b l 4 6 2 8 3 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路建筑限界最大級超限貨物裝載限界范 圍內(nèi)。車輛禁止通過駝峰。 本方案的特點和目標(biāo)： ( 1 ) 該車是目前國內(nèi)首次采用三層運輸，且裝載汽車數(shù)量最多的鐵路運輸 汽車專用車。 ( 2 ) 采用全封閉結(jié)構(gòu)，車內(nèi)凈高度為1 6 0 0 唧，滿足運輸國產(chǎn)及進(jìn)口微、小 型汽車的需要，運輸品種多、數(shù)量大、防護(hù)和防盜性能好。 ( 3 ) 車體采用無中梁式凹底桁架結(jié)構(gòu)，最大限度的利用限界空間，提高運 輸能力。 ( 4 ) 蒙皮及車頂采用鍍鋅板等新材料。 ( 5 ) 為避免裝卸過程中對汽車車門的損害，車內(nèi)設(shè)有門緣保護(hù)系統(tǒng)。 ( 6 ) 中層底架局部翻轉(zhuǎn)，方便底層汽車裝卸。 ( 7 ) 采用彈簧懸掛系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化的轉(zhuǎn)k 2 型轉(zhuǎn)向架，最高商業(yè)運營速度為 1 2 0 k m h ，適應(yīng)貨運提速的要求。 ( 8 ) 結(jié)構(gòu)簡單，降低造價，使其操作簡單，維修方便。 第二章三層運輸汽車專用車方案設(shè)計 2 2 三層運輸汽車專用車主要參數(shù)的選取 2 2 1 車體長度、凹底承載面長度的選取 由于車體長度直接關(guān)系到運輸汽車專用車的運載性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性， 為使該車最大限度地適應(yīng)我國目前銷量較大的主型汽車產(chǎn)品，同時兼顧其 它國內(nèi)外各種微小型汽車的裝運，對我國汽車市場特別是小汽車市場的銷 售情況以及主要汽車產(chǎn)品的外形尺寸等參數(shù)進(jìn)行了深入的研究，并進(jìn)行了 數(shù)理統(tǒng)計分析，以確定運輸汽車專用車的車體長度。 ( 1 ) 國產(chǎn)汽車市場分析 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國汽車產(chǎn)業(yè)的增長速度也在飛速發(fā) 展。“十五”期間，我國汽車年產(chǎn)量增長率9 1 ，轎車年增長率預(yù)計達(dá)到 。轎車始終保持汽車行業(yè)增長的龍頭地位。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2 0 0 2 年 全國轎車銷量為1 0 5 8 萬輛，比上年增長5 0 。2 0 0 3 年轎車銷量為1 9 0 6 萬輛，同比增長8 0 1 5 。專家預(yù)計，2 0 0 4 年我國轎車產(chǎn)量增至2 4 0 萬輛； 2 0 0 5 年達(dá)到2 9 5 萬輛。中國汽車產(chǎn)業(yè)將成為世界上增長最快的汽車市場， 汽車市場在面臨巨大機遇的同時，也將給實現(xiàn)零公里銷售的小汽車運輸帶 來極大的商機和挑戰(zhàn)。 面對樂觀的市場前景，中國汽車產(chǎn)業(yè)各大巨頭瞄準(zhǔn)大眾汽車消費推新 創(chuàng)優(yōu)，打造出各大知名汽車品牌。在2 0 0 3 年中國轎車產(chǎn)銷排行榜中，上海 大眾、一汽大眾和上海通用位居排行榜的前三甲，銷量排名前5 位的汽車 品牌是捷達(dá)、桑塔納、帕薩特，夏利和桑塔納2 0 0 0 ，其銷量之和占2 0 0 3 年 小汽車總銷量的2 7 。而2 0 0 3 年銷售增長最快的三個汽車品牌是長安鈴木 的羚羊、東風(fēng)雪鐵龍的愛麗舍和上海通用的別克君威，增長率達(dá)到1 6 8 、 1 6 4 和1 4 4 。有數(shù)據(jù)顯示，2 0 0 4 年前5 個月，捷達(dá)、桑塔納、帕薩特，夏 利和桑塔納2 0 0 0 ( 3 0 0 0 ) 仍保持全國銷售領(lǐng)先的業(yè)績，并維持原排序不變， 其總銷量占全國同期轎車銷售總量的2 6 。表1 列出了2 0 0 4 年1 5 月全國 北京交通人學(xué)碩士學(xué)位論文 銷量排名前3 0 名的主要汽車的外形尺寸及質(zhì)量參數(shù)。 表1國內(nèi)主要汽車的外形尺寸及質(zhì)量參數(shù) 汽車長度汽車寬度汽車高度汽車軸距 汽車質(zhì)量 序號汽車品牌 m mmm唧 k g 1桑塔納4 6 8 7 1 7 0 01 4 5 02 5 6 51 2 4 8 2新捷達(dá)王4 4 2 81 6 6 01 4 2 02 4 7 l 1 1 0 0 3 夏利 3 9 9 51 6 1 51 3 8 52 3 4 08 9 0 4 帕薩特 4 7 8 01 7 4 01 4 7 02 8 0 31 5 5 0 5別克君威4 9 4 2 1 8 4 51 4 3 82 7 6 91 5 7 9 6 凱越 4 5 1 51 7 2 51 4 4 52 6 0 01 3 0 0 7 羚羊4 0 9 5 1 5 9 01 3 8 02 3 6 58 5 5 8 雅閣 4 8 1 41 8 2 11 4 6 6 2 7 3 8 1 5 2 6 9 千里馬 4 1 1 5 1 6 2 01 4 l o 2 4 0 0 1 0 4 6 l o 賽歐 4 0 2 61 6 0 81 4 4 82 4 4 31 0 5 5 1 1 伊蘭特 4 5 2 51 7 2 51 4 2 52 6 1 01 3 0 0 1 2 豪情 3 8 8 0 1 6 3 51 4 1 0 2 3 4 08 6 0 1 3 寶來 4 3 7 61 7 3 51 4 4 62 5 1 31 3 8 0 1 4 奧拓 3 2 0 01 4 0 51 4 4 02 1 7 56 4 5 1 5 富康 4 0 1 71 7 0 21 4 2 52 5 4 01 0 5 0 1 6q q3 5 5 01 5 0 81 4 9 l2 3 5 09 1 0 1 7 奧迪a 6 4 8 8 61 8 1 01 4 7 5 2 8 5 0 1 5 4 5 1 8 飛度 4 3 0 01 6 9 01 4 9 52 4 5 01 0 8 4 1 9 嘉年華 4 1 5 31 6 3 41 4 3 52 4 6 81 0 6 0 2 0 福美來 4 3 6 51 7 0 51 4 1 02 6 1 01 1 5 7 2 l 索納塔 4 7 4 7 1 8 2 0 1 4 4 02 7 0 0 1 4 7 9 2 2 菱帥 4 4 3 01 7 0 01 4 1 02 5 0 01 1 7 0 2 3馬自達(dá)64 6 7 01 7 8 01 4 3 52 6 7 51 3 9 0 2 4p o l o4 1 8 71 6 5 01 4 6 52 4 6 01 1 5 2 2 5 花冠 4 5 3 01 7 0 51 4 9 02 6 0 01 1 7 0 2 6 愛麗舍 4 3 0 51 7 0 71 4 1 32 5 4 01 1 2 5 2 7 風(fēng)神 4 6 6 01 6 9 51 4 1 52 6 2 0 1 2 6 5 2 8 陽光 4 4 9 01 7 1 01 4 4 02 5 3 51 2 6 5 2 9 威馳 4 2 8 51 6 9 01 4 4 02 5 0 01 0 4 5 3 0 中華 4 8 8 01 8 0 01 4 5 02 7 9 01 4 2 0 第二章三層運輸汽車專用車方案設(shè)計 ( 2 ) 車體長度等參數(shù)的確定 我們對近期全國微小型汽車銷售量在前5 0 名的汽車進(jìn)行了統(tǒng)計分析， 以汽車銷售量的百分比作為加權(quán)，求得裝運以上5 0 種汽車車輛長度利用率 為最大時的車輛長度為2 5 0 3 0 唧( 汽車裝載時每輛車之間的間距為1 0 0 咖計 算) ，此時的車輛長度利用率達(dá)9 1 ?？紤]端門等具體結(jié)構(gòu)，取車體長度為 2 5 1 0 0 m m ，車輛定距為2 0 8 0 0 m m ，可裝運中等長度的汽車5 輛( 如桑塔納， 汽車長度為4 6 8 0 冊) 。為最大限度地降低車輛高度，車體中部底層采用凹底 結(jié)構(gòu)，根據(jù)對市場中各品牌汽車的調(diào)查和我廠雙層汽車專用車渡板的設(shè)計 經(jīng)驗，為便于汽車自行駛裝卸，將凹底的斜坡角度設(shè)計為1 3 。，凹底長 度取為1 2 3 5 0 唧，可裝運中等長度的汽車3 輛。具體裝載方式見表2 。 表2汽車三層裝載方式 汽車長度l ( m m )底層裝運汽中、上層各裝運汽三層裝運汽車 車數(shù)量( 輛)車數(shù)量( 輛)總數(shù)量( 輛) 4 8 9 0 l 5 5 0 0241 0 4 0 6 0 l 4 8 9 0351 3 3 4 6 5 1 0 0 m p a ) 的等應(yīng)力圖 第三章三層運輸汽車專用車仿真計算 圖3 9 強度計算工況3 下車體當(dāng)量應(yīng)力的等應(yīng)力圖 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3 一l o 強度計算工況3 下車體當(dāng)量應(yīng)力( 1 5 0 a ) 的等應(yīng)力圖 3 6 第三章三層運輸汽車專用車仿真計算 圖3 1 1 第一階振型( 放大5 0 倍) 3 7 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3 1 2 第二階振型( 放大5 0 倍) 3 8 第三覃三層運輸汽車專用車仿真計算 3 2車輛動力學(xué)仿真計算 3 2 1 計算力學(xué)模型 機車車輛是一個復(fù)雜的多體系統(tǒng)，不但有各部件之間的相互作用力和相 對位移，而且還有輪軌之間的相互關(guān)系。因此，理論計算分析模型只能根據(jù) 研究的主要目的和要求，對一些次要因素進(jìn)行人為的假定或簡化，而在對動 力學(xué)性能影響較大的主要因素上盡可能做出符合實際情況的模擬。根據(jù)三層 運輸汽車專用車的結(jié)構(gòu)特點，在建立車輛系統(tǒng)的力學(xué)模型時，我們作如下假 定： ( 1 ) 輪對、側(cè)架、搖枕和車體等部件的彈性比懸掛系統(tǒng)的彈性要小得多， 均視為剛體，不計各部件的彈性變形： ( 2 ) 不考慮相鄰車輛的作用，即只考慮單獨一輛車的運動： ( 3 ) 不考慮鋼軌的彈性變形。 忽略各部件本身的彈性變形后，則車輛可作為離散的多自由度系統(tǒng)。由 于貨車是一個強非線性系統(tǒng)，車輛垂向和橫向運動的相互藕合，計算中將車 輛在橫向和垂向的運動綜合起來作為一個系統(tǒng)考慮。 根據(jù)剛體運動學(xué)可知，任何一個自由剛體，在空間內(nèi)可以有六個自由度。 車輛的各個剛體，一般來講也有六個自由度，為了確定其位置，可用六個廣 義坐標(biāo)來表示。通過剛體的質(zhì)心作三個相互垂直的笛卡爾右手坐標(biāo)系0 x y z ， 每個剛體均可繞x 軸、y 軸、z 軸作平行移動和回轉(zhuǎn)運動。在車輛系統(tǒng)中，x 軸一般為前進(jìn)方向，y 軸為水平方向，z 軸為垂直方向，通常將系統(tǒng)中剛體 沿x 、y 、z 軸的平行移動分別稱為伸縮、橫移和浮沉運動，繞x 、y 、z 軸的 回轉(zhuǎn)運動分別稱為側(cè)滾、點頭和搖頭運動。 由于車輛系統(tǒng)是由剛體和彈性懸掛系統(tǒng)組成的，各剛體之間有相互約束 關(guān)系，因此剮體的有些運動方式是獨立的，有些運動方式是受約束的。因此 整個車輛系統(tǒng)的自由度d o f 可用下式來表示： 北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文 d o f = 6 n r( 3 4 ) 式中：n 系統(tǒng)中的剛體數(shù)目；r 系統(tǒng)中的剛體約束數(shù)。 三層運輸汽車專用車共有4 個輪對、4 個側(cè)架、2 個搖枕和1 個車體等 1 1 個剛體。由于車輛是勻速運動，因此除側(cè)架外( 側(cè)架有菱形變形) 其余各 剛體沿x 軸方向的平行移動( 伸縮) 可以不考慮，搖枕相對車體也只有繞z 軸的搖頭運動，輪對的浮沉、側(cè)滾運動是輪對橫移和搖頭角的函數(shù)，因此不 是獨立的自由度。 根據(jù)以上分析，三層運輸汽車專用車多剛體系統(tǒng)在橫向和垂向共有4 3 個獨立的自由度，其余的非獨立自由度均可用這些自由度來表示。在動力學(xué) 仿真分析中車輛各剛體的廣義坐標(biāo)如表3 5 所示，動力學(xué)計算力學(xué)模型如圖 3 1 3 所示。 表3 5動力學(xué)模型自由度 剛體 縱向x 橫移y 浮沉z側(cè)滾由點頭0搖頭1 l r 擾動角速度聲 車體y c z c巾c 0c v c 前轉(zhuǎn)向架搖枕 1 l r b l 后轉(zhuǎn)向架搖枕1 l r b 2 前轉(zhuǎn)向架左側(cè)架 x s l l y s l l z s l l 中s l l 0s l l 1 l r s l l 前轉(zhuǎn)向架右側(cè)架 x s r l y s r l z s r l由s r l 0s r l 1 l r s r l 后轉(zhuǎn)向架左側(cè)架 x s l 2 y s l 2 z s l 2中s l 2 0s l 2 1 i f s l 2 后轉(zhuǎn)向架右側(cè)架 x s r 2 y s r 2 z s r 2