（光學(xué)工程專(zhuān)業(yè)論文）我國(guó)鐵路三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的研究與開(kāi)發(fā).pdf

摘要 本文闡述了我國(guó)鐵路運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的發(fā)展概況、技術(shù)參數(shù)以及國(guó)內(nèi)外 發(fā)展現(xiàn)狀，論述了我國(guó)開(kāi)發(fā)研制三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的必要性和可行性，詳 細(xì)介紹了三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的開(kāi)發(fā)過(guò)程、主要技術(shù)參數(shù)的選取、主要結(jié)構(gòu)、 性能特點(diǎn)以及車(chē)體有限元強(qiáng)度分析計(jì)算和整車(chē)的動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算及結(jié)果，并 對(duì)該車(chē)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(cè)。 本論文的工作具有一定的創(chuàng)新性，首次在國(guó)內(nèi)提出了開(kāi)發(fā)三層運(yùn)輸汽車(chē) 專(zhuān)用車(chē)思路，為提高鐵路運(yùn)輸裝備技術(shù)水平具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞鐵路汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)開(kāi)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(guó)鐵路運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的歷史及其特點(diǎn) 二十世紀(jì)八十年代以前，我國(guó)汽車(chē)業(yè)的發(fā)展較為緩慢，鐵路運(yùn)輸汽車(chē)也 只是采用通用平車(chē)方式。隨著改革開(kāi)放的深入，我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展和 國(guó)際貿(mào)易的逐漸擴(kuò)大，小汽車(chē)的運(yùn)輸量逐年增加，若仍采用通用平車(chē)的鐵路 運(yùn)輸方式，不但運(yùn)量小，且運(yùn)能損耗大，尤其在我國(guó)鐵路運(yùn)輸緊張的情況下， 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了汽車(chē)工業(yè)和貿(mào)易發(fā)展的需要。因此，中國(guó)南車(chē)集團(tuán)北京二七 車(chē)輛廠于1 9 8 9 年開(kāi)發(fā)研制了平車(chē)的又一新品種第一代s q l 型運(yùn)輸汽車(chē) 雙層平車(chē)。 該車(chē)分上下兩層，每層單排裝載，可裝運(yùn)當(dāng)時(shí)國(guó)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(chē)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)量大， 使用方便等特點(diǎn)，大大提高了運(yùn)輸能力，比采用通用平車(chē)運(yùn)輸提高運(yùn)能l l _ 3 倍。該車(chē)的投入運(yùn)行，為小汽車(chē)的零公里銷(xiāo)售做出了重大貢獻(xiàn)。同時(shí)， 也為汽車(chē)銷(xiāo)售部門(mén)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但該車(chē)的開(kāi)敞式運(yùn)輸方式增加了 用戶(hù)負(fù)擔(dān)。為防止實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中小汽車(chē)發(fā)生損壞、汽車(chē)配件被盜等，1 9 9 4 年根據(jù)用戶(hù)要求對(duì)s q l 型運(yùn)輸汽車(chē)雙層平車(chē)加裝了防護(hù)罩及端門(mén)。同時(shí)，戚 墅堰機(jī)車(chē)車(chē)輛廠在s q l 的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)了帶有防護(hù)罩及端門(mén)結(jié)構(gòu)的s q 2 型運(yùn)輸汽車(chē)雙層平車(chē)，但其防護(hù)和防盜的性能仍滿(mǎn)足不了用戶(hù)的要求，影響 了小汽車(chē)的運(yùn)輸質(zhì)量。 北京二七車(chē)輛廠經(jīng)過(guò)論證，于1 9 9 8 年開(kāi)發(fā)研制了鐵道部立項(xiàng)產(chǎn)品第二 代全封閉s q 3 型運(yùn)輸汽車(chē)雙層平車(chē)。該車(chē)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(chē)混裝；還可以 在靠近車(chē)輛端部完全降至下層地板面上，做為上層汽車(chē)自行駛裝卸的渡板。 每層單排裝載，可裝運(yùn)各種微型、小型和中型汽車(chē)( 包括轎、客、貨、客貨 兩用車(chē)) ，進(jìn)一步擴(kuò)大了運(yùn)輸汽車(chē)范圍。在帶有壓型加強(qiáng)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(yùn)輸品種多、安全可靠、 防護(hù)性和防盜性強(qiáng)等特點(diǎn)。隨后北京二七車(chē)輛廠、戚墅堰車(chē)輛廠、武昌車(chē)輛 廠等單位根據(jù)用戶(hù)要求又陸續(xù)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)了一批全封閉型運(yùn)輸汽車(chē)雙層平 車(chē)。 目前，我國(guó)鐵路使用的運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)多為中國(guó)南車(chē)集團(tuán)北京二七車(chē)輛 廠研制生產(chǎn)的，均為雙層，每層單排裝載，車(chē)體底架長(zhǎng)度在1 6 0 0 0 2 0 8 0 0 毫米之間，裝載小汽車(chē)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(chē)基礎(chǔ)上 改造設(shè)計(jì)的j 5 s q 型等雙層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)。該系列產(chǎn)品的投入使用，使鐵 路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)能力大大提高。特別是第二代產(chǎn)品全封閉型運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的 開(kāi)發(fā)研制，提高了運(yùn)輸質(zhì)量，運(yùn)輸安全可靠，承擔(dān)著繁重的運(yùn)輸汽車(chē)任務(wù)， 帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在社會(huì)上建立了良好的信譽(yù)，更為鐵路 運(yùn)輸贏得了市場(chǎng)。 國(guó)內(nèi)主要雙層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的參數(shù)見(jiàn)表l ，外型見(jiàn)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(guó)內(nèi)主要雙層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的參數(shù) 車(chē)型 項(xiàng)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(zhǎng) 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(guò)最小曲線半徑( m ) 1 4 51 4 51 4 51 4 5 車(chē)輛定距( 咖) 1 6 5 0 01 6 5 0 01 2 9 0 01 6 5 0 0 車(chē)輛長(zhǎng)度( 咖) 2 1 7 3 82 1 7 3 81 8 1 3 82 1 7 3 8 車(chē)輛寬度( 唧) 3 1 9 53 1 9 73 2 0 l 3 1 9 7 車(chē)輛高度( 硼) 4 7 3 44 7 4 5 4 7 2 04 7 2 3 底架長(zhǎng)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(jī)車(chē)車(chē)輛限界的 要求，能通過(guò)機(jī)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(kāi)發(fā)三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的必要性 雙層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)自上世紀(jì)8 0 年代開(kāi)發(fā)以來(lái)，為我國(guó)鐵路運(yùn)輸汽車(chē) 發(fā)揮了積極的作用?，F(xiàn)在的中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正以3 4 倍g d p 的增長(zhǎng)速度飛速 發(fā)展，小汽車(chē)則始終保持著汽車(chē)行業(yè)增長(zhǎng)的龍頭地位，其品種和運(yùn)量逐年增 加。一方面，汽車(chē)向著豪華舒適型發(fā)展，車(chē)內(nèi)空間的增大使小汽車(chē)的長(zhǎng)度和 高度都有新的突破；另一方面，汽車(chē)向著小型化、家庭經(jīng)濟(jì)型發(fā)展，汽車(chē)私 人消費(fèi)帶動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量快速增長(zhǎng)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，公路、水路運(yùn)輸與 鐵路運(yùn)輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)也日益激烈，公路、水路運(yùn)輸?shù)土倪\(yùn)價(jià)已成為鐵路強(qiáng)有力 的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。所以，開(kāi)發(fā)研制新一代三層全封閉運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)，進(jìn)一步挖 掘我國(guó)鐵路運(yùn)輸設(shè)備的潛力，滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)不斷發(fā)展的新需要，提高運(yùn)輸能 力是十分必要的，同時(shí)也將展示中國(guó)鐵路科技的發(fā)展水平，具有明顯的社會(huì) 效益和經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)前景十分廣闊。根據(jù)鐵道部的安排，我們積極走訪用 戶(hù)，在總結(jié)和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，著手研制開(kāi)發(fā)此項(xiàng)工作， 以滿(mǎn)足鐵路運(yùn)輸汽車(chē)日益增長(zhǎng)的需求。 1 3 國(guó)外鐵路運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)簡(jiǎn)介 目前國(guó)外生產(chǎn)的鐵路運(yùn)輸小汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)分為兩層和三層兩種型式，有獨(dú) 立式和關(guān)節(jié)式，均為全封閉結(jié)構(gòu)。 美國(guó)生產(chǎn)運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)歷史悠久，技術(shù)成熟。其汽車(chē)運(yùn)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(chē)輛。標(biāo)準(zhǔn)底架車(chē)輛用于雙層汽車(chē)運(yùn)輸，低底架 車(chē)用于三層汽車(chē)運(yùn)輸，如圖1 5 所示。 汽車(chē)運(yùn)輸車(chē)輛的最大高度為1 9 o ”( 5 7 9 l m m ) ，后來(lái)增大到2 0 2 ” ( 6 1 4 7 m m ) 。同時(shí)設(shè)計(jì)中采用了多種新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝。車(chē)體中、上 塑二里墮堡 層地扳為固定結(jié)構(gòu)，鍍鋅車(chē)頂，車(chē)體蒙皮也為鍍鋅板，車(chē)體兩端上下設(shè)有圓 弧形滑軌，兩扇門(mén)可向車(chē)體兩側(cè)滑動(dòng)，兩端的復(fù)合門(mén)可減輕重量3 0 ，車(chē)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(qiáng)筋，蒙皮與車(chē)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(shí)具有良好的防護(hù)性、防盜性，安全可靠。 圖1 5 美國(guó)設(shè)計(jì)的汽車(chē)運(yùn)輸貨車(chē) 為提高汽車(chē)的裝載效率，美國(guó)還研制出一種關(guān)節(jié)式車(chē)輛。關(guān)節(jié)式車(chē)輛不 但可減輕自重，而且進(jìn)一步提高了運(yùn)輸汽車(chē)能力，汽車(chē)可在關(guān)節(jié)結(jié)合處裝載， 為用戶(hù)提供了高效率的裝載方式。美國(guó)在三層汽車(chē)運(yùn)輸車(chē)及雙層汽車(chē)運(yùn)輸車(chē) 等車(chē)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(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)業(yè)的近期發(fā)展和鐵路運(yùn)輸汽車(chē)市場(chǎng)的調(diào)研結(jié)果、借鑒 國(guó)外運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用貨車(chē)的發(fā)展方向，吸取多年來(lái)研制、開(kāi)發(fā)、運(yùn)用運(yùn)輸汽車(chē) 專(zhuān)用車(chē)的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)鐵路線路、限界條件，經(jīng)過(guò)總體結(jié)構(gòu)分析、優(yōu) 化后提出我國(guó)鐵路三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)設(shè)計(jì)方案及主要結(jié)構(gòu)，運(yùn)用有限元分 析軟件和動(dòng)力學(xué)軟件進(jìn)行建模計(jì)算，對(duì)方案的車(chē)體強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了 研究，從而確定設(shè)計(jì)方案從技術(shù)上是否可行，因此主要工作如下： 1 、分析汽車(chē)主要參數(shù)，確定總體方案，確定車(chē)輛主要參數(shù)及結(jié)構(gòu)選型。 2 、進(jìn)行車(chē)體靜強(qiáng)度及車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)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(chē)輛推廣應(yīng)用前景，得出結(jié)論。 第二章三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)方案設(shè)計(jì) 第二章三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)方案設(shè)計(jì) 2 1 三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)總體方案的確定及特點(diǎn) 三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)總體外型見(jiàn)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(yùn)營(yíng)速度( h 曲) 8 輔睫朗勤面商樣皿n ) 9 車(chē)輛長(zhǎng)度( n u n ) l o 車(chē)輛定距( 姍) 1 l 車(chē)輛最大高度( 衄) 1 2 車(chē)輛最大寬度( m m ) 1 3 車(chē)體內(nèi)側(cè)最大寬度( 刪n ) 1 4 底架長(zhǎng)( 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(zhǎng)( 咖) 1 7 車(chē)體下部最低點(diǎn)距軌面高( 空車(chē)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(chē)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(chē)輛下部符合g b l 4 6 1 8 3 標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路機(jī)車(chē)車(chē)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(jí)超限貨物裝載限界范 圍內(nèi)。車(chē)輛禁止通過(guò)駝峰。 本方案的特點(diǎn)和目標(biāo)： ( 1 ) 該車(chē)是目前國(guó)內(nèi)首次采用三層運(yùn)輸，且裝載汽車(chē)數(shù)量最多的鐵路運(yùn)輸 汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)。 ( 2 ) 采用全封閉結(jié)構(gòu)，車(chē)內(nèi)凈高度為1 6 0 0 唧，滿(mǎn)足運(yùn)輸國(guó)產(chǎn)及進(jìn)口微、小 型汽車(chē)的需要，運(yùn)輸品種多、數(shù)量大、防護(hù)和防盜性能好。 ( 3 ) 車(chē)體采用無(wú)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(yùn) 輸能力。 ( 4 ) 蒙皮及車(chē)頂采用鍍鋅板等新材料。 ( 5 ) 為避免裝卸過(guò)程中對(duì)汽車(chē)車(chē)門(mén)的損害，車(chē)內(nèi)設(shè)有門(mén)緣保護(hù)系統(tǒng)。 ( 6 ) 中層底架局部翻轉(zhuǎn)，方便底層汽車(chē)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(yùn)營(yíng)速度為 1 2 0 k m h ，適應(yīng)貨運(yùn)提速的要求。 ( 8 ) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低造價(jià)，使其操作簡(jiǎn)單，維修方便。 第二章三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)方案設(shè)計(jì) 2 2 三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)主要參數(shù)的選取 2 2 1 車(chē)體長(zhǎng)度、凹底承載面長(zhǎng)度的選取 由于車(chē)體長(zhǎng)度直接關(guān)系到運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的運(yùn)載性能及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性， 為使該車(chē)最大限度地適應(yīng)我國(guó)目前銷(xiāo)量較大的主型汽車(chē)產(chǎn)品，同時(shí)兼顧其 它國(guó)內(nèi)外各種微小型汽車(chē)的裝運(yùn)，對(duì)我國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)特別是小汽車(chē)市場(chǎng)的銷(xiāo) 售情況以及主要汽車(chē)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(jì)分析，以確定運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的車(chē)體長(zhǎng)度。 ( 1 ) 國(guó)產(chǎn)汽車(chē)市場(chǎng)分析 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)速度也在飛速發(fā) 展?！笆濉逼陂g，我國(guó)汽車(chē)年產(chǎn)量增長(zhǎng)率9 1 ，轎車(chē)年增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)達(dá)到 。轎車(chē)始終保持汽車(chē)行業(yè)增長(zhǎng)的龍頭地位。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，2 0 0 2 年 全國(guó)轎車(chē)銷(xiāo)量為1 0 5 8 萬(wàn)輛，比上年增長(zhǎng)5 0 。2 0 0 3 年轎車(chē)銷(xiāo)量為1 9 0 6 萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)8 0 1 5 。專(zhuān)家預(yù)計(jì)，2 0 0 4 年我國(guó)轎車(chē)產(chǎn)量增至2 4 0 萬(wàn)輛； 2 0 0 5 年達(dá)到2 9 5 萬(wàn)輛。中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)將成為世界上增長(zhǎng)最快的汽車(chē)市場(chǎng)， 汽車(chē)市場(chǎng)在面臨巨大機(jī)遇的同時(shí)，也將給實(shí)現(xiàn)零公里銷(xiāo)售的小汽車(chē)運(yùn)輸帶 來(lái)極大的商機(jī)和挑戰(zhàn)。 面對(duì)樂(lè)觀的市場(chǎng)前景，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)各大巨頭瞄準(zhǔn)大眾汽車(chē)消費(fèi)推新 創(chuàng)優(yōu)，打造出各大知名汽車(chē)品牌。在2 0 0 3 年中國(guó)轎車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)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(xiāo)量排名前5 位的汽車(chē) 品牌是捷達(dá)、桑塔納、帕薩特，夏利和桑塔納2 0 0 0 ，其銷(xiāo)量之和占2 0 0 3 年 小汽車(chē)總銷(xiāo)量的2 7 。而2 0 0 3 年銷(xiāo)售增長(zhǎng)最快的三個(gè)汽車(chē)品牌是長(zhǎng)安鈴木 的羚羊、東風(fēng)雪鐵龍的愛(ài)麗舍和上海通用的別克君威，增長(zhǎng)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(gè)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(guó)銷(xiāo)售領(lǐng)先的業(yè)績(jī)，并維持原排序不變， 其總銷(xiāo)量占全國(guó)同期轎車(chē)銷(xiāo)售總量的2 6 。表1 列出了2 0 0 4 年1 5 月全國(guó) 北京交通人學(xué)碩士學(xué)位論文 銷(xiāo)量排名前3 0 名的主要汽車(chē)的外形尺寸及質(zhì)量參數(shù)。 表1國(guó)內(nèi)主要汽車(chē)的外形尺寸及質(zhì)量參數(shù) 汽車(chē)長(zhǎng)度汽車(chē)寬度汽車(chē)高度汽車(chē)軸距 汽車(chē)質(zhì)量 序號(hào)汽車(chē)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(lái) 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(lái) 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(ài)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(yáng)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(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)方案設(shè)計(jì) ( 2 ) 車(chē)體長(zhǎng)度等參數(shù)的確定 我們對(duì)近期全國(guó)微小型汽車(chē)銷(xiāo)售量在前5 0 名的汽車(chē)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析， 以汽車(chē)銷(xiāo)售量的百分比作為加權(quán)，求得裝運(yùn)以上5 0 種汽車(chē)車(chē)輛長(zhǎng)度利用率 為最大時(shí)的車(chē)輛長(zhǎng)度為2 5 0 3 0 唧( 汽車(chē)裝載時(shí)每輛車(chē)之間的間距為1 0 0 咖計(jì) 算) ，此時(shí)的車(chē)輛長(zhǎng)度利用率達(dá)9 1 ?？紤]端門(mén)等具體結(jié)構(gòu)，取車(chē)體長(zhǎng)度為 2 5 1 0 0 m m ，車(chē)輛定距為2 0 8 0 0 m m ，可裝運(yùn)中等長(zhǎng)度的汽車(chē)5 輛( 如桑塔納， 汽車(chē)長(zhǎng)度為4 6 8 0 冊(cè)) 。為最大限度地降低車(chē)輛高度，車(chē)體中部底層采用凹底 結(jié)構(gòu)，根據(jù)對(duì)市場(chǎng)中各品牌汽車(chē)的調(diào)查和我廠雙層汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)渡板的設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)，為便于汽車(chē)自行駛裝卸，將凹底的斜坡角度設(shè)計(jì)為1 3 。，凹底長(zhǎng) 度取為1 2 3 5 0 唧，可裝運(yùn)中等長(zhǎng)度的汽車(chē)3 輛。具體裝載方式見(jiàn)表2 。 表2汽車(chē)三層裝載方式 汽車(chē)長(zhǎng)度l ( m m )底層裝運(yùn)汽中、上層各裝運(yùn)汽三層裝運(yùn)汽車(chē) 車(chē)數(shù)量( 輛)車(chē)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(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)仿真計(jì)算 圖3 9 強(qiáng)度計(jì)算工況3 下車(chē)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(qiáng)度計(jì)算工況3 下車(chē)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(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)仿真計(jì)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(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)仿真計(jì)算 3 2車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算 3 2 1 計(jì)算力學(xué)模型 機(jī)車(chē)車(chē)輛是一個(gè)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(duì)位移，而且還有輪軌之間的相互關(guān)系。因此，理論計(jì)算分析模型只能根據(jù) 研究的主要目的和要求，對(duì)一些次要因素進(jìn)行人為的假定或簡(jiǎn)化，而在對(duì)動(dòng) 力學(xué)性能影響較大的主要因素上盡可能做出符合實(shí)際情況的模擬。根據(jù)三層 運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在建立車(chē)輛系統(tǒng)的力學(xué)模型時(shí)，我們作如下假 定： ( 1 ) 輪對(duì)、側(cè)架、搖枕和車(chē)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(jì)各部件的彈性變形： ( 2 ) 不考慮相鄰車(chē)輛的作用，即只考慮單獨(dú)一輛車(chē)的運(yùn)動(dòng)： ( 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(chē)輛可作為離散的多自由度系統(tǒng)。由 于貨車(chē)是一個(gè)強(qiáng)非線性系統(tǒng)，車(chē)輛垂向和橫向運(yùn)動(dòng)的相互藕合，計(jì)算中將車(chē) 輛在橫向和垂向的運(yùn)動(dòng)綜合起來(lái)作為一個(gè)系統(tǒng)考慮。 根據(jù)剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，任何一個(gè)自由剛體，在空間內(nèi)可以有六個(gè)自由度。 車(chē)輛的各個(gè)剛體，一般來(lái)講也有六個(gè)自由度，為了確定其位置，可用六個(gè)廣 義坐標(biāo)來(lái)表示。通過(guò)剛體的質(zhì)心作三個(gè)相互垂直的笛卡爾右手坐標(biāo)系0 x y z ， 每個(gè)剛體均可繞x 軸、y 軸、z 軸作平行移動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在車(chē)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(dòng)分別稱(chēng)為伸縮、橫移和浮沉運(yùn)動(dòng)，繞x 、y 、z 軸的 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別稱(chēng)為側(cè)滾、點(diǎn)頭和搖頭運(yùn)動(dòng)。 由于車(chē)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(yùn)動(dòng)方式是獨(dú)立的，有些運(yùn)動(dòng)方式是受約束的。因此 整個(gè)車(chē)輛系統(tǒng)的自由度d o f 可用下式來(lái)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(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)共有4 個(gè)輪對(duì)、4 個(gè)側(cè)架、2 個(gè)搖枕和1 個(gè)車(chē)體等 1 1 個(gè)剛體。由于車(chē)輛是勻速運(yùn)動(dòng)，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(dòng)( 伸縮) 可以不考慮，搖枕相對(duì)車(chē)體也只有繞z 軸的搖頭運(yùn)動(dòng)，輪對(duì)的浮沉、側(cè)滾運(yùn)動(dòng)是輪對(duì)橫移和搖頭角的函數(shù)，因此不 是獨(dú)立的自由度。 根據(jù)以上分析，三層運(yùn)輸汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)多剛體系統(tǒng)在橫向和垂向共有4 3 個(gè)獨(dú)立的自由度，其余的非獨(dú)立自由度均可用這些自由度來(lái)表示。在動(dòng)力學(xué) 仿真分析中車(chē)輛各剛體的廣義坐標(biāo)如表3 5 所示，動(dòng)力學(xué)計(jì)算力學(xué)模型如圖 3 1 3 所示。 表3 5動(dòng)力學(xué)模型自由度 剛體 縱向x 橫移y 浮沉z側(cè)滾由點(diǎn)頭0搖頭1 l r 擾動(dòng)角速度聲 車(chē)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