（光學工程專業(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、技術參數(shù)以及國內外 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 細介紹了三層運輸汽車專用車的開發(fā)過程、主要技術參數(shù)的選取、主要結構、 性能特點以及車體有限元強度分析計算和整車的動力學分析計算及結果，并 對該車的主要技術經濟性能和推廣前景作了分析與預測。 本論文的工作具有一定的創(chuàng)新性，首次在國內提出了開發(fā)三層運輸汽車 專用車思路，為提高鐵路運輸裝備技術水平具有一定的現(xiàn)實意義。 關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， 已遠遠滿足不了汽車工業(yè)和貿易發(fā)展的需要。因此，中國南車集團北京二七 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，可裝運當時國產和進口的上海、桑 塔納、標致、伏爾加、奧迪等1 6 種主型小汽車，具有結構簡單，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。同時， 也為汽車銷售部門帶來了可觀的經濟效益。但該車的開敞式運輸方式增加了 用戶負擔。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罩及端門。同時，戚 墅堰機車車輛廠在s q l 的基礎上改進設計了帶有防護罩及端門結構的s q 2 型運輸汽車雙層平車，但其防護和防盜的性能仍滿足不了用戶的要求，影響 了小汽車的運輸質量。 北京二七車輛廠經過論證，于1 9 9 8 年開發(fā)研制了鐵道部立項產品第二 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 全封閉結構，上層底架具有調整功能，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) ，進一步擴大了運輸汽車范圍。在帶有壓型加強筋的側墻上部設有 苧塞鑾望莖蘭堡主蘭堡絲苧 用鋼板拉網制成的通風采光窗。具有結構合理新穎、運輸品種多、安全可靠、 防護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北京二七車輛 廠研制生產的，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：第一代產品s q l 型、第二 代產品全封閉s q 3 型、s q 3 k 型、s q 4 型、n s q 型及在j 5 型家畜車基礎上 改造設計的j 5 s q 型等雙層運輸汽車專用車。該系列產品的投入使用，使鐵 路運輸?shù)母偁幠芰Υ蟠筇岣?。特別是第二代產品全封閉型運輸汽車專用車的 開發(fā)研制，提高了運輸質量，運輸安全可靠，承擔著繁重的運輸汽車任務， 帶來了可觀的經濟效益和社會效益。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 標準軌距鐵路機車車輛限界的 要求，能通過機械化駝峰。 3 北京交通大學碩士學位論文 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、家庭經濟型發(fā)展，汽車私 人消費帶動汽車產銷量快速增長。隨著市場經濟的發(fā)展，公路、水路運輸與 鐵路運輸?shù)母偁幰踩找婕ち?，公路、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，進一步挖 掘我國鐵路運輸設備的潛力，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 效益和經濟效益，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，在總結和吸收國內外先進成熟技術的基礎上，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 立式和關節(jié)式，均為全封閉結構。 美國生產運輸汽車專用車歷史悠久，技術成熟。其汽車運輸方式主要有 兩種：8 9 4 標準底架( 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。標準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 ) 。同時設計中采用了多種新材料、新結構、新工藝。車體中、上 塑二里墮堡 層地扳為固定結構，鍍鋅車頂，車體蒙皮也為鍍鋅板，車體兩端上下設有圓 弧形滑軌，兩扇門可向車體兩側滑動，兩端的復合門可減輕重量3 0 ，車體 蒙皮的通風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 架采用了鉚接結構，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性、防盜性，安全可靠。 圖1 5 美國設計的汽車運輸貨車 為提高汽車的裝載效率，美國還研制出一種關節(jié)式車輛。關節(jié)式車輛不 但可減輕自重，而且進一步提高了運輸汽車能力，汽車可在關節(jié)結合處裝載， 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。 北京交通大學碩士學位論文 1 4 論文主要研究工作 本論文對國內汽車業(yè)的近期發(fā)展和鐵路運輸汽車市場的調研結果、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 專用車的成功經驗，結合我國鐵路線路、限界條件，經過總體結構分析、優(yōu) 化后提出我國鐵路三層運輸汽車專用車設計方案及主要結構，運用有限元分 析軟件和動力學軟件進行建模計算，對方案的車體強度和動力學特性進行了 研究，從而確定設計方案從技術上是否可行，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)及結構選型。 2 、進行車體靜強度及車輛動力學仿真計算，研究其方案可行性。 3 、進行技術經濟分析論證，分析車輛推廣應用前景，得出結論。 第二章三層運輸汽車專用車方案設計 第二章三層運輸汽車專用車方案設計 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 車體內側最大寬度( 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 北京交通大學碩士學位論文 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 標準軌距鐵路機車車輛限界， 上部在g b l 4 6 2 8 3 標準軌距鐵路建筑限界最大級超限貨物裝載限界范 圍內。車輛禁止通過駝峰。 本方案的特點和目標： ( 1 ) 該車是目前國內首次采用三層運輸，且裝載汽車數(shù)量最多的鐵路運輸 汽車專用車。 ( 2 ) 采用全封閉結構，車內凈高度為1 6 0 0 唧，滿足運輸國產及進口微、小 型汽車的需要，運輸品種多、數(shù)量大、防護和防盜性能好。 ( 3 ) 車體采用無中梁式凹底桁架結構，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，車內設有門緣保護系統(tǒng)。 ( 6 ) 中層底架局部翻轉，方便底層汽車裝卸。 ( 7 ) 采用彈簧懸掛系統(tǒng)經優(yōu)化的轉k 2 型轉向架，最高商業(yè)運營速度為 1 2 0 k m h ，適應貨運提速的要求。 ( 8 ) 結構簡單，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系到運輸汽車專用車的運載性能及技術經濟性， 為使該車最大限度地適應我國目前銷量較大的主型汽車產品，同時兼顧其 它國內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品的外形尺寸等參數(shù)進行了深入的研究，并進行了 數(shù)理統(tǒng)計分析，以確定運輸汽車專用車的車體長度。 ( 1 ) 國產汽車市場分析 隨著我國國民經濟的不斷發(fā)展，中國汽車產業(yè)的增長速度也在飛速發(fā) 展?！笆濉逼陂g，我國汽車年產量增長率9 1 ，轎車年增長率預計達到 。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 。專家預計，2 0 0 4 年我國轎車產量增至2 4 0 萬輛； 2 0 0 5 年達到2 9 5 萬輛。中國汽車產業(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，中國汽車產業(yè)各大巨頭瞄準大眾汽車消費推新 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、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、東風雪鐵龍的愛麗舍和上海通用的別克君威，增長率達到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、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 北京交通人學碩士學位論文 銷量排名前3 0 名的主要汽車的外形尺寸及質量參數(shù)。 表1國內主要汽車的外形尺寸及質量參數(shù) 汽車長度汽車寬度汽車高度汽車軸距 汽車質量 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 名的汽車進行了統(tǒng)計分析， 以汽車銷售量的百分比作為加權，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9 1 。考慮端門等具體結構，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 結構，根據(jù)對市場中各品牌汽車的調查和我廠雙層汽車專用車渡板的設計 經驗，為便于汽車自行駛裝卸，將凹底的斜坡角度設計為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 下車體當量應力的等應力圖 北京交通大學碩士學位論文 圖3 一l o 強度計算工況3 下車體當量應力( 1 5 0 a ) 的等應力圖 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 北京交通大學碩士學位論文 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車輛動力學仿真計算 3 2 1 計算力學模型 機車車輛是一個復雜的多體系統(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，對一些次要因素進行人為的假定或簡化，而在對動 力學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構特點，在建立車輛系統(tǒng)的力學模型時，我們作如下假 定： ( 1 ) 輪對、側架、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)剛體運動學可知，任何一個自由剛體，在空間內可以有六個自由度。 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 義坐標來表示。通過剛體的質心作三個相互垂直的笛卡爾右手坐標系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運動。在車輛系統(tǒng)中，x 軸一般為前進方向，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 回轉運動分別稱為側滾、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： 北京交通大學碩士學位論文 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，因此除側架外( 側架有菱形變形) 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 仿真分析中車輛各剛體的廣義坐標如表3 5 所示，動力學計算力學模型如圖 3 1 3 所示。 表3 5動力學模型自由度 剛體 縱向x 橫移y 浮沉z側滾由點頭0搖頭1 l r 擾動角速度聲 車體y c z c巾c 0c v c 前轉向架搖枕 1 l r b l 后轉向架搖枕1 l r b 2 前轉向架左側架 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 前轉向架右側架 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 后轉向架左側架 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 后轉向架右側架 x s r 2 y s r 2 z s r 2