畢業(yè)設(shè)計(jì)---單軌工程車車體設(shè)計(jì)

1、<p>　　第1章 工程車技術(shù)方案</p><p><b>　　1.1工程車的組成</b></p><p>　　根據(jù)工程車功能的要求，把工程車設(shè)計(jì)成一種既滿足線路救援，又滿足消防作業(yè)要求的車輛。</p><p>　　1)工程車由底架、車廂、操作駕駛臺(tái)、動(dòng)力源、傳動(dòng)裝置、走行裝置、制動(dòng)裝置、聯(lián)掛車鉤、整車起吊掛座、照明裝置及隨車工具等

2、組成。</p><p>　　2)車輛搭載消防設(shè)備l套。</p><p>　　3)車輛搭載救援設(shè)備1套。</p><p>　　4)車輛設(shè)置工作裝置電源接口4套。</p><p><b>　　1.1.1底架</b></p><p>　　1)工程車采用底架承載結(jié)構(gòu)，主要由兩根中梁、兩根側(cè)粱、前后

3、端梁及數(shù)根橫向連接梁等組成，中梁和側(cè)梁由厚5mm鋼板折彎成形，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，承載性能良好，底架及其它結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵部位的焊縫均進(jìn)行探傷鑒定，其使用壽命可達(dá)到25年以上。</p><p>　　2)走行輪通過支座安裝在兩根中梁之間。</p><p>　　3)工程車在偏載1噸狀況下能安全穩(wěn)定運(yùn)行及作業(yè)。</p><p>　　4)在車輛底架大梁4個(gè)角上對稱設(shè)置4個(gè)

4、起吊座，保證車輛起吊時(shí)重心平衡，在整車起吊時(shí)，利用4根起吊專用鋼絲繩分別掛在4個(gè)起吊座上，鋼絲繩斜向上穿過駕駛室天窗掛于起重機(jī)的掛鉤上，用起重機(jī)對單軌跨座式工程車整體起吊。</p><p><b>　　1.1.2車廂</b></p><p>　　1)廂設(shè)計(jì)為不承受結(jié)構(gòu)載荷，設(shè)計(jì)牢固合理，采用輕質(zhì)矩形鋁合金（30mm*30mm）制作而成，外形美觀；</p>

5、<p>　　2)車廂為整體密封式結(jié)構(gòu)，車廂外皮采用預(yù)應(yīng)力方式安裝而成，車廂壁為夾層，夾層間裝有隔熱、防噪層。按國家相關(guān)規(guī)定的要求進(jìn)行漏水及隔熱等試驗(yàn)。車廂前后設(shè)有4個(gè)大燈，車廂側(cè)面每側(cè)開設(shè)4個(gè)窗戶（高750mm，寬llOOmm），車廂兩端分別安裝2個(gè)擋風(fēng)玻璃（高790mm，寬790mmm），擋風(fēng)玻璃上安裝電動(dòng)雨括器，保證駕駛員及室內(nèi)人員嘹望，視野良好。</p><p>　　3)車廂前、后及兩側(cè)中

6、部各開1道門（高1700mm，寬650mm），前后端門便于人員出入和聯(lián)掛車輛；車門內(nèi)側(cè)設(shè)有爬梯扶手方便工作人員上下。</p><p>　　4)車廂頂棚骨架承受250kg，滿足2名作業(yè)人員在車頂進(jìn)行施工作業(yè)。</p><p>　　5)車廂內(nèi)設(shè)置2匹的海爾空調(diào)設(shè)備，其用電由車載發(fā)電機(jī)供應(yīng)，前進(jìn)方向左側(cè)各設(shè)一個(gè)駕駛操作臺(tái)，司機(jī)座椅、工具箱等。車廂內(nèi)兩側(cè)設(shè)有活動(dòng)翻板供作業(yè)人員下到工作平臺(tái)內(nèi)，發(fā)

7、動(dòng)機(jī)上方地板為活動(dòng)蓋板，打開活動(dòng)蓋板則可維護(hù)和檢修發(fā)動(dòng)機(jī)。地板中部設(shè)置一個(gè)活動(dòng)蓋板，并設(shè)有上下扶梯，供工作人員下到PC梁上平面，對PC梁上平面進(jìn)行檢修。</p><p>　　6)車廂內(nèi)兩側(cè)根據(jù)救援過程中常用工具的具體類型、大小及數(shù)量設(shè)置工具柜。</p><p><b>　　1.1.3動(dòng)力源</b></p><p>　　工程車動(dòng)力源選用東風(fēng)康明

8、斯ISDe230 30車用柴油機(jī)，帶充電發(fā)電機(jī)、起動(dòng)電機(jī)，該機(jī)型技術(shù)性能先進(jìn)，具有故障少、扭矩儲(chǔ)備系數(shù)大、燃油消耗率低、噪音小、使用壽命長等特點(diǎn)，滿足EuroIII排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　額定功率169kW，額定轉(zhuǎn)速2500rpm，最高轉(zhuǎn)速2850rpm，最大扭矩900Nm，滿足EuroIII排放標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　其主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格如下：</p><

9、p>　　型號：東風(fēng)康明斯電控發(fā)動(dòng)機(jī)ISDe230 30</p><p>　　型式：直列六缸、四沖程、增壓空冷</p><p>　　外形尺寸（長X寬X高）：1026mm×699mm×912mm</p><p>　　怠速：600-800rpm</p><p>　　額定功率／轉(zhuǎn)速：169kw/2500rpm</p&g

10、t;<p>　　最大扭矩/轉(zhuǎn)速：900Nm/(1200-1700)</p><p>　　起動(dòng)方式：DC24V電起動(dòng)</p><p><b>　　凈重：509kg</b></p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)通過外罩采用整體密封布置在車廂內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)外罩設(shè)為夾層，夾層問裝有隔熱防噪層。發(fā)動(dòng)機(jī)罩可以方便地整個(gè)翻開，便于發(fā)動(dòng)機(jī)日常維護(hù)保養(yǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)通

11、過減震橡膠墊安裝在底架中梁上，減震效果良好，發(fā)動(dòng)機(jī)重心在保證其維修保養(yǎng)方便的情況下處于最低位置，突出地板面不高于300mm，油箱容量可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)20小時(shí)，油箱加油口位于底架地板面，加油方便。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過消聲、凈化后，向上通過鋼管排出駕駛室外，產(chǎn)生的熱氣從車輛側(cè)面排出車廂外。選用的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)通過計(jì)算留有足夠余量。</p><p>　　1.1.4

12、 駕駛操作臺(tái)</p><p>　　1)車廂兩端前進(jìn)方向左側(cè)各設(shè)有一個(gè)駕駛操作臺(tái)，駕駛員座椅可調(diào)整前后、高低位置，駕駛員通過調(diào)整能夠選擇到合適的駕駛操作位。</p><p>　　2)駕駛操作臺(tái)面上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、發(fā)動(dòng)機(jī)小時(shí)計(jì)、速度里程表、燃油油量表、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力表、充放電電流表，各儀表均具有油液防震功能。</p><p>　　3)臺(tái)面上安裝有發(fā)

13、動(dòng)機(jī)起動(dòng)指示燈、電笛按鈕、機(jī)油壓力報(bào)警燈、水溫報(bào)警燈、及車輛前牽、后牽、制動(dòng)、超速和檢修工作平臺(tái)升降狀態(tài)指示燈，儀表盤上設(shè)有防眩儀表燈，滿足在夜間和隧道內(nèi)駕駛的要求。</p><p>　　4)駕駛操作臺(tái)上控制前進(jìn)與后退開關(guān)與調(diào)速電控手柄相互連鎖，只有方向一致時(shí)車輛才能運(yùn)行。要求車輛前進(jìn)時(shí)，操縱變速手柄，駕駛控制功能齊全，操作方便簡單、維修簡單。駕駛臺(tái)下設(shè)有制動(dòng)踏板，側(cè)面設(shè)有側(cè)蓋板，打開蓋板即可方便檢修各電纜接線

14、端子等設(shè)施，各操作元件方便靈活、司機(jī)所有的操縱控制均由總電源開關(guān)及啟動(dòng)鑰匙來控制。</p><p>　　5)前后駕駛操縱臺(tái)上均安裝有與工程車兩側(cè)檢修工作平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)系的車載有線對講設(shè)備（型號：RQHO1A），司機(jī)可與兩側(cè)檢修工作平臺(tái)上的施工人員及時(shí)聯(lián)系，有線對講裝置具有免提功能并能保證在發(fā)動(dòng)機(jī)工作噪音環(huán)境下能進(jìn)行正常聯(lián)絡(luò)。</p><p><b>　　1.1.5走行裝置</

15、b></p><p>　　工程車走行裝置包括：減振裝置、單軸轉(zhuǎn)向架、牽引／平衡拉桿、走行輪軸支座、走行輪、導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪、輔助救援輪等組成。</p><p>　　1、減振裝置設(shè)有彈簧緩沖及液壓減振器減振，彈簧懸掛系統(tǒng)主要由四個(gè)鋼圓簧組成：圓彈簧選用鐵路機(jī)車所使用的標(biāo)準(zhǔn)彈簧，該彈簧的參數(shù)為：簧條直徑φd=32mm；簧圈直徑φD=172mm;總?cè)?shù)n總=7.5圈；工作圈數(shù)n工=6圈；自由

16、高度H=320mm；剛度K=34.4kgf/mm。</p><p>　　2、本轉(zhuǎn)向架類似于單軌跨座式客運(yùn)車輛的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，主要由兩個(gè)走行輪、四個(gè)導(dǎo)向輪、兩個(gè)穩(wěn)定輪等組成。走行輪安裝在走行輪軸上，再通過走行輪軸支座與轉(zhuǎn)向架聯(lián)接。</p><p>　　工程車采用鏈條和齒輪傳動(dòng)，走行輪與齒輪箱輸出軸之間采用齒式聯(lián)軸器，齒輪箱和齒輪箱之間用萬向節(jié)連接，兩個(gè)萬向節(jié)之間的軸采用內(nèi)外花鍵配合，車輛過彎道

17、時(shí)，萬向節(jié)可以伸長一定的距離來傳遞動(dòng)力，前后車輪的轉(zhuǎn)速相同，使轉(zhuǎn)向架順利過彎道轉(zhuǎn)向，因而工程車在過彎道時(shí)不會(huì)出現(xiàn)行走輪滑移的現(xiàn)象，很好地解決了輪胎的磨損問題，提高行走輪胎的使用壽命。</p><p>　　工程車轉(zhuǎn)向架上所安裝的導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪與行走輪在同一橫斷面上處于同軸線位置，并且轉(zhuǎn)向架與車底架為彈性結(jié)構(gòu)聯(lián)接，轉(zhuǎn)向架與底架具有一定的相對移動(dòng)量，可相對獨(dú)立運(yùn)行，每個(gè)轉(zhuǎn)向架上的導(dǎo)向輪與穩(wěn)定輪通過一定的預(yù)緊力時(shí)刻緊貼P

18、C梁側(cè)面，因而車輛在平直道與彎道上運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)向輪和穩(wěn)定輪始終不離開PC梁面，使車輛運(yùn)行安全、平穩(wěn)。</p><p>　　3、每個(gè)轉(zhuǎn)向架有一個(gè)牽引拉桿和一個(gè)平衡拉桿與車輛底架相聯(lián)，全車共有兩個(gè)牽引拉桿及兩個(gè)平衡拉桿，牽引拉桿的作用是傳遞牽引力或制動(dòng)力；平衡拉桿的作用是為牽引力或制動(dòng)力提供平衡反力矩，同時(shí)克服運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)；同時(shí)牽引拉桿和平衡拉桿均小妨礙轉(zhuǎn)向架相對于車體的轉(zhuǎn)動(dòng)。牽引拉桿和平衡拉桿結(jié)構(gòu)基

19、本相同，其兩端的定位銷為厚的橡膠套，屬于彈性關(guān)節(jié)。</p><p>　　整個(gè)轉(zhuǎn)向架通過牽引拉桿和平衡拉桿與車輛底架實(shí)現(xiàn)縱向定位，橫向由轉(zhuǎn)向架與側(cè)梁之間的彈性側(cè)檔定位，垂向定位由單圈鋼圓簧實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4、每個(gè)單軸轉(zhuǎn)向架上均設(shè)置兩個(gè)救援輪，當(dāng)出現(xiàn)其中一個(gè)轉(zhuǎn)向架中的走行輪爆胎時(shí)，則該轉(zhuǎn)向架上安裝的兩個(gè)救援輪立即支撐在PC梁上，從而支撐起整個(gè)車輛，具有行走輪防爆功能。</p&

20、gt;<p>　　5、走行輪采用充氣輪胎（型號：345/85 R16XPMA TL），導(dǎo)向輪及穩(wěn)定輪(型號：5.00-8)選用實(shí)芯橡膠輪胎，導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪與車體為非鋼性連接，各輪對PC側(cè)面壓力通過彈簧調(diào)節(jié)預(yù)緊力，軸距與走行輪軸距相同。</p><p>　　工程車走行輪輪胎均由減速器輸出的動(dòng)力通過鏈條傳遞到走行輪，走行輪軸承支座通過八個(gè)M20螺栓固定在轉(zhuǎn)向架上；走行輪胎拆裝比較方便，在行走輪胎正上方的

21、車廂項(xiàng)部上開有天窗，室內(nèi)地板上開有拆裝輪胎的蓋板，拆裝輪胎時(shí)吊裝鋼絲繩可通過天窗與蓋板利用行車起吊輪胎。</p><p>　　如其中任一行走輪胎出現(xiàn)爆胎或胎壓不正常，工程車整體會(huì)呈現(xiàn)下降，這時(shí)安裝在工程車上的限位裝置與PC梁面接觸，駕駛操作臺(tái)即出現(xiàn)指示燈報(bào)警，司機(jī)據(jù)此可判斷行走輪胎出現(xiàn)爆胎或胎壓不正常。</p><p>　　走行輪、導(dǎo)向輪、穩(wěn)定輪完全滿足車輛正常行駛以及重載、偏載等特殊情況

22、下的安全要求。</p><p>　　6、走行裝置結(jié)構(gòu)件選材滿足技術(shù)要求及使用功能需要，消除加工應(yīng)力集中，熱處理后做作探傷檢查，出具探傷檢查報(bào)告，消除故障隱患。</p><p>　　1.1.6電控系統(tǒng) </p><p>　　1)本工程車每臺(tái)均由4個(gè)風(fēng)帆蓄電池（型號：6-Q-190A）組成，分組設(shè)置為24V電源，由電磁開關(guān)控制，轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，電源進(jìn)出線經(jīng)過保險(xiǎn)，防止過

23、載的發(fā)生，在欠載情況下電磁開關(guān)不能動(dòng)作，保證電壓、電流穩(wěn)定輸出。</p><p>　　2)工程車控制電路均為24V負(fù)極搭鐵接地直流電路。設(shè)有24V配電箱1個(gè)，位于前司機(jī)座椅下，低壓配電箱1個(gè)，設(shè)在后司機(jī)椅下，便于施工人員臨時(shí)搭接電源。</p><p>　　3)工程車電氣線路均采用阻燃、無毒的機(jī)車電纜，各接線端子用號碼管進(jìn)行標(biāo)注，為今后檢修拆裝提供方便。電纜盡可能排布在電纜槽內(nèi)，延長使用

24、壽命且美觀。所有D24V電氣開關(guān)及按鈕均選用西門子和德力西等國際知名品牌。</p><p>　　4)根據(jù)車載信號設(shè)備的要求，預(yù)留有信號設(shè)備的固定安裝位置及所需的電源接口。</p><p>　　1.1.7消防救援設(shè)備（表1）</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　1.1.8 制作要求</p&

25、gt;<p><b>　　1．材料要求：</b></p><p>　　工程車所選材料具有阻燃、少煙、低毒，并能在酸雨和高濕度下長期露天作業(yè)，滿足國標(biāo)要求。鋼材均作除銹、防腐處理，部分型鋼及板材進(jìn)行熱浸鍍鋅防腐，使用耐侯性良好的立邦漆涂料。</p><p><b>　　2．加工要求：</b></p><p>　

26、　鋼材彎曲采用折彎壓力機(jī)加工，材料切割、連接孔采用鋸床和沖床冷加工制作。所有加工表面、毛邊飛刺均進(jìn)行打磨等處理，不留氣割焊接痕跡。</p><p><b>　　3.焊接要求</b></p><p>　　焊接焊縫符合國標(biāo)要求，事先按設(shè)計(jì)工藝制定焊縫檢查計(jì)劃并對重要焊縫按計(jì)劃作探傷檢查出具報(bào)告。</p><p>　　根據(jù)被焊材和焊接要求，選擇相應(yīng)焊

27、料和焊接設(shè)備和容量，根據(jù)構(gòu)件要求由相應(yīng)等級的焊工施焊。</p><p><b>　　（1）放樣點(diǎn)焊</b></p><p>　　車輛大梁及構(gòu)件等的焊接均在專用平臺(tái)上放樣點(diǎn)焊，按幾何尺寸1：1展開實(shí)樣加工胎模具并按照多面樣的構(gòu)架其共同邊線一致的原則順序翻轉(zhuǎn)放樣點(diǎn)焊。</p><p>　　零部件放樣后經(jīng)調(diào)整、檢查形位尺寸符合要求后，開始點(diǎn)焊。放樣點(diǎn)

28、焊后校對構(gòu)件的尺寸偏差、形位公差，查所有形位尺寸，符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)定。</p><p><b>　　(2)連接焊接</b></p><p>　　放樣點(diǎn)焊經(jīng)檢查合格后連接焊接，焊條型號符合設(shè)計(jì)要求，受潮焊條應(yīng)烘干。控制焊接電流、采用對稱焊接法減小焊接變形。邊接焊接后，各部位的尺寸偏差、形位公差符合設(shè)計(jì)的規(guī)定。</p><p><b>　

29、　(3)焊后矯正</b></p><p>　　焊接完成后進(jìn)行尺寸偏差、形位公差檢查，不符合設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行機(jī)械矯正。矯正后的尺寸偏差、形位公差必須符合圖紙的設(shè)計(jì)規(guī)定。</p><p>　　梁柱矯正完畢，經(jīng)質(zhì)量部門、技術(shù)部門、生產(chǎn)車間共同檢查無誤后方能進(jìn)入下步工序。</p><p><b>　　4．表面涂飾要求</b></p&g

30、t;<p>　　需涂飾表面首先必須進(jìn)行除銹、除油處理；然后進(jìn)行噴涂處理，涂層包括有防銹底漆、中間涂層、表面涂層，根據(jù)具體要求每層進(jìn)行二至三次噴涂；</p><p>　　工程車現(xiàn)場安裝完畢后，如發(fā)現(xiàn)有涂層受損，受損處用與表面涂層同質(zhì)、同色的涂料進(jìn)行補(bǔ)漆，補(bǔ)涂后沒有色差和痕跡。涂層色彩在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)時(shí)確定。</p><p><b>　　5、電路布局要求</b>&

31、lt;/p><p>　　電路電纜充分考慮需求，并預(yù)留接口，合理規(guī)范敷設(shè)，避免混亂。</p><p><b>　　1.1.9試驗(yàn)要求</b></p><p>　　工程車在出廠前根據(jù)型式試驗(yàn)大綱的要求進(jìn)行型式試驗(yàn)，在現(xiàn)場安裝調(diào)試完成后，試運(yùn)行之前進(jìn)行例行試驗(yàn)，其詳細(xì)試驗(yàn)大綱及救援預(yù)案由承包商建議并事先送交業(yè)主批準(zhǔn)。限界試驗(yàn)、載荷試驗(yàn) 制動(dòng)試驗(yàn)、救援試

32、驗(yàn)等均為是例行試驗(yàn)。</p><p>　　出廠前做型式試驗(yàn)并出具型式試驗(yàn)報(bào)告以作出廠驗(yàn)收依據(jù)，未作項(xiàng)目在現(xiàn)場安裝后完成。</p><p>　　在現(xiàn)場安裝調(diào)試完成后試運(yùn)行之前，做例行試驗(yàn)，只有完成例行試驗(yàn)大綱所規(guī)定的項(xiàng)目，才能進(jìn)入試運(yùn)行。</p><p>　　1.1.10 低壓配電箱</p><p>　　工程車設(shè)有24V配電箱1個(gè)，位于前司機(jī)座

33、椅下，低壓配電箱l個(gè)，分別設(shè)在后司機(jī)椅下，箱內(nèi)配備380V及220V的電源接口，便于救援人員臨時(shí)搭接電源，保證救援中用電的需求。</p><p>　　1.1.11車體的防雷接地</p><p>　　為保正工程車?yán)子昙竟?jié)亦能進(jìn)行救援作業(yè)，在車體前后留接地口，車體用50mm2的電纜線與PC梁的防雷接地連接，這樣保證了車體接地，為維護(hù)、檢修方便接地線初步定為30m。</p><

34、;p>　　1.1.12照明設(shè)備及蓄電池</p><p>　　1．工程車照明設(shè)備分兩類：一類是車輛安全運(yùn)行所需的燈光照照明及救援照明由車內(nèi)DC24V直流供電。</p><p>　　2．每臺(tái)工程車配有4個(gè)風(fēng)帆蓄電池（型號：6-Q- 195A）其容量可以保證發(fā)動(dòng)機(jī)熄火狀況下，為車上所有照明設(shè)備、信號設(shè)備等提供l小時(shí)連續(xù)供電。</p><p>　　1.1.13部件、零

35、配件要求</p><p>　　1．本著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用性強(qiáng)的原則，部件、零配件均選用國內(nèi)外先進(jìn)成熟的知名品牌，便于今后維護(hù)用零配件的采購。</p><p>　　2．所供隨機(jī)備品備件及專用工具，其目錄由承包商提出建議經(jīng)業(yè)主確認(rèn)。</p><p>　　1.2 承載形式的選擇</p><p>　　車體的承載形式分為三種:</p>

36、<p>　　1.2.1底架式承載結(jié)構(gòu)</p><p>　　全部載荷均由底架來承擔(dān)的車體結(jié)構(gòu)稱為底架承載結(jié)構(gòu)。不需要車體的其他部分承載，故作用在車體上載荷完全由底梁來承擔(dān)。正因如此，中梁和側(cè)梁都需要做得比較強(qiáng)大。為了使受力合理，中、側(cè)梁均制成中央斷面尺寸比兩端斷面尺寸大的魚腹型，即為近似等強(qiáng)度的梁。</p><p>　　圖 2-1 魚腹形梁底架承載結(jié)構(gòu)</p><

37、;p>　　1.2.2側(cè)壁和底架共同承載結(jié)構(gòu)</p><p>　　載荷由側(cè)、端墻與底架共同承擔(dān)的車體結(jié)構(gòu)稱為側(cè)墻和底架共同承載結(jié)構(gòu)。由于側(cè)、端墻分擔(dān)了部分載荷，減輕了底架負(fù)擔(dān)，所以底架就可以相對輕巧些，中、側(cè)梁斷面均可減小，中梁不需要制成魚腹形梁。側(cè)梁可用斷面尺寸比中梁小的型鋼制成，減輕了底架的重量。</p><p>　　側(cè)壁和底架共同承載結(jié)構(gòu)又可以分為桁架架式結(jié)構(gòu)和板梁式結(jié)構(gòu)兩種：如

38、圖2-1、2-2。</p><p>　　圖2-2 桁架架式結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖 2-2板梁式結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2.3整體承載結(jié)構(gòu)</p><p>　　在板梁式側(cè)、端壁上固接由金屬板、梁組焊而成的車頂，使底架、側(cè)端墻、車頂車?yán)喂痰亟M成為一整體，且車體各部分均能承受垂向力和縱向力。這種結(jié)構(gòu)稱為整體承載結(jié)構(gòu)。</p>

39、<p>　　整體承載結(jié)構(gòu)可分為開口箱形結(jié)構(gòu)和閉口箱形結(jié)構(gòu)兩種。底架沒有金屬地板，僅由各梁件和鍍鋅鐵皮組成的開口箱形結(jié)構(gòu)；底架上設(shè)有金屬地板的閉口箱形結(jié)構(gòu)，也稱筒形結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 2-4 整體承載結(jié)構(gòu)</p><p>　　(a) 開口箱形結(jié)構(gòu) （b）閉口箱形結(jié)構(gòu) （c）無中梁底架結(jié)構(gòu)</p><p>　　因?yàn)楣こ誊囕v要滿足不同工作狀況的需

40、要，這就要求工程車車體可以根據(jù)不同工作狀況而選擇不同的車體或者對車輛進(jìn)行改裝，為了方便更換車體，因此，工程車的承載形式采用底架承載結(jié)構(gòu)。</p><p>　　1.3 車體材料和結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　車體是車輛結(jié)構(gòu)的主體。車體的強(qiáng)度、剛度，關(guān)系到運(yùn)行安全可靠性和舒適性；車體的防腐耐腐能力、表面保護(hù)和裝飾方法，關(guān)系到車輛外觀、壽命和檢修制度；車體的重量，則關(guān)系到能耗、加減速度、載客能

41、力乃至列車編組形式(動(dòng)拖比)。以上所述都直接影響運(yùn)營質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。車體結(jié)構(gòu)形式、性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要取決于車體材料。故車體選材一開始就成為選擇城軌系統(tǒng)時(shí)必須同時(shí)考慮的諸多重大要素之一。</p><p>　　車體材料有三種，耐候鋼、不銹鋼、鋁合金。</p><p>　　1.3.1耐候鋼車體</p><p>　　耐候鋼車體采用板梁組合整體承載全焊接結(jié)構(gòu)。</p

42、><p>　　制造廠先將購進(jìn)的冷軋定尺板材或?qū)峥拙砹祥_卷、矯平，切斷的板材經(jīng)磷化預(yù)處理。車體的外板(一般厚為2mm)，是將預(yù)處理后的板材用縫焊機(jī)接寬接長； 梁柱則將預(yù)處理后的板材 (一般厚2.5mm)剪切下料、軋壓、冷彎或拉延成型。對于像底架邊梁、車頂側(cè)板那樣大型板梁，一般可采用冷彎型材(厚3～6mm)。板和梁(柱)間采用點(diǎn)焊或塞焊，梁柱間采用弧焊(用焊條或二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊)。</p>&

43、lt;p>　　車體采用大部件組裝方式：將底架、側(cè)墻、車頂、端墻部件預(yù)先組成后再組成車體。經(jīng)變形矯正(打平)后的車體送到油漆工序。底漆、面漆涂完后鋼結(jié)構(gòu)車體才算完成(也可在車輛總成涂面漆)。</p><p>　　在車體設(shè)計(jì)開始，梁柱布置完成后用三維有限元法進(jìn)行車體強(qiáng)度計(jì)算。在頭一輛車體制造完工后，進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。車體的強(qiáng)度試驗(yàn)屬于形式試驗(yàn)，即同種車只試驗(yàn)一臺(tái)，在油漆前進(jìn)行。車體需經(jīng)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)通過后才能批量投

44、產(chǎn)。</p><p>　　與鋁合金、不銹鋼車體相比，耐候鋼車體有材料費(fèi)、制造費(fèi)低以及工藝性好、造型容易的明顯優(yōu)勢，但也存在重量較大、耐腐蝕性不大好而導(dǎo)致運(yùn)用成本高的劣勢。</p><p>　　1.3.2 不銹鋼車體</p><p>　　1.不銹鋼車體的機(jī)械性能強(qiáng)于鋁合金車體, 熔點(diǎn)高于鋁合金車體, 防火性能強(qiáng)于鋁合金車體, 因此不銹鋼車體具有更好的安全性; 鋁合金車

45、體的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率以及彈性模量約為不銹鋼車體的1 /3。</p><p>　　2.不銹鋼車體比鋁合金車體的剛度要大, 因此在鋁合金車體設(shè)計(jì)時(shí), 采用加大板厚和盡量加大車體端面的辦法, 提高車體抗彎剛度。</p><p>　　3.不銹鋼車體重量、價(jià)格略高于鋁合金車體, 但是對于沿海城市和重工業(yè)地區(qū), 其空氣有污染重、濕度大等問題, 使用不銹鋼車體可延長車體使用壽命。</p&

46、gt;<p>　　4.不銹鋼車體比耐候鋼車體大約可輕30%～40%，但是不銹鋼車體的制造工藝性遠(yuǎn)不如鋼車，不能采用弧焊；特別是不銹鋼成形困難。</p><p>　　5. 不銹鋼由于是薄板且為拉絲板, 容易劃傷, 更忌諱異向劃痕, 出現(xiàn)劃痕又難以消除。至于觸摸的手印, 還是可以清洗掉的。</p><p>　　1.3.3 鋁合金車體</p><p>　　鋁

47、合金車體從結(jié)構(gòu)形式上可分為：板梁、大型開口型材和大型中空閉口型材及其組合形式。</p><p>　　板梁式鋁合金車體在結(jié)構(gòu)形式上類似于耐候鋼車體，但為了提高斷面系數(shù)，防止板材由于剪力產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，因此加大板厚(一般取鋼板的1.4倍，最薄用到2mm)。鋁合金車體的薄板焊接非常困難，技術(shù)水平要求高，而且變形大矯正困難，因此必須采用接觸焊。</p><p>　　開口型材將板、梁合成一體，簡化了車

48、體制造工藝，提高了質(zhì)量，但成本也相應(yīng)增加。</p><p>　　鋁合金車體目前普遍采用的結(jié)構(gòu)是大型桁架式中空型材組焊式(一般采用自動(dòng)弧焊)。大型中空型材組焊式車體制造時(shí)，只需將型材沿車體長度方向?qū)舆B續(xù)自動(dòng)弧焊。由于車體零件數(shù)量少、焊接工作量少，且容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，大大降低了車體制造成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。但與此同時(shí)，由于大型型材需要能力為8000～10000t的大型擠出設(shè)備和大型模具，因此制品成本昂貴，設(shè)計(jì)斷面變化

49、也受到制約。另外，由于多余金屬只能靠機(jī)械加工的辦法去掉，工藝復(fù)雜，成本高，所以大型中空型材結(jié)構(gòu)的車體要比板梁式、大型開口型材式車體略重一些。</p><p>　　鋁合金車體的特點(diǎn)是利用鋁的相對體積質(zhì)量約為普通鋼的1/3這一點(diǎn)來減輕車體自重。鋁合金車體的自重一般可達(dá)到普通鋼車體的1/2。鋁合金車體的弱點(diǎn)是鋁的縱彈性模量小，約為普通鋼的1/3，因而往往使車體剛度下降。一般鋁合金車體比普通鋼車體、不銹鋼車體的剛度都要小

50、。這是鋁合金車體設(shè)計(jì)時(shí)加大板厚和盡量加大車體斷面以提高車體抗彎剛度的重要原因。</p><p>　　綜合經(jīng)濟(jì)性、輕量化等方面的原因，車體材料選用板梁式鋁合金，并利用現(xiàn)代工程建模分析（UG/NASTRAN）進(jìn)行建模分析，使車體符合各項(xiàng)指標(biāo)的同時(shí)達(dá)到車體最優(yōu)性能，并最終達(dá)到“安全、可靠、快速、輕量、經(jīng)濟(jì)、適用、可更換”的要求。</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定</p>

51、<p>　　工程車主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　工作車車體尺寸（長×寬×高）：7500mm×2900mm×2250mm（主體尺寸）</p><p>　　側(cè)門（寬×高×厚）：1800mm×750mm×36mm，前后門（寬×高×厚）：1700mm×650mm

52、5;36mm，蒙皮厚度3mm，</p><p><b>　　2．自重：7 T</b></p><p><b>　　載重：3 T</b></p><p><b>　　3．走行速度</b></p><p>　　平道最高運(yùn)行速度：40km／h</p><p>

53、　　60‰坡道最高運(yùn)行速度：25km/h</p><p><b>　　4．軸距</b></p><p>　　走行輪軸距：6275mm</p><p>　　穩(wěn)定輪、導(dǎo)向輪軸距：1340mm</p><p>　　5．動(dòng)軸數(shù)：兩軸四輪驅(qū)動(dòng)</p><p><b>　　6．輪胎</b>

54、;</p><p><b>　　走行輪：充氣輪胎，</b></p><p>　　型號為345/85 R16XPMA TL (MICHELIN)（重慶軌道交通二號線客運(yùn)車輛輪胎）</p><p><b>　　直徑：980mm</b></p><p>　　載重：5.6t/個(gè)，</p>&l

55、t;p>　　導(dǎo)向輪及穩(wěn)定輪：實(shí)心輪胎，</p><p><b>　　型號：5.00-8</b></p><p><b>　　直徑：450mm</b></p><p>　　載重量：1.5t／個(gè)</p><p><b>　　7．車鉤</b></p><p&

56、gt;<b>　　車鉤：前后各一個(gè)</b></p><p><b>　　棒式連接器2根</b></p><p><b>　　8．照明裝置</b></p><p>　　前照燈:前后各4個(gè)，功率100W，駕駛室下部兩個(gè)，頂部一個(gè)</p><p>　　尾燈（制動(dòng)燈）：前后各2個(gè)，功率

57、10W</p><p>　　警示燈：前后各1個(gè)（黃色回轉(zhuǎn)燈），</p><p>　　標(biāo)志燈：2個(gè)（紅色可移動(dòng)放置軌道梁上），</p><p>　　室內(nèi)照明燈：6個(gè)／臺(tái)，</p><p>　　第2章 有限元應(yīng)用的介紹</p><p>　　2.1有限元法基本思想</p><p>　　有限元法是目前C

58、AE工程分析系統(tǒng)中使用最多、分析計(jì)算能力最強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的一種方法。</p><p>　　有限元法是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計(jì)算方法，是解決工程實(shí)際問題的一種有力的數(shù)據(jù)計(jì)算工具。</p><p>　　起初這種方法被用來研究復(fù)雜的飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力問題，它是將彈性理論、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件有機(jī)地結(jié)合在一起的一種數(shù)值分析技術(shù)；后來由于這一方法的靈活、快速和有效性使其迅速發(fā)展成為求解各領(lǐng)域的數(shù)理方

59、程的一種通用近似計(jì)算方法。目前，它在許多學(xué)科領(lǐng)域和實(shí)際工程問題中都得到了廣泛的應(yīng)用，因此在工科院校和工業(yè)界受到普遍的重視。</p><p>　　在求解工程技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際問題時(shí)，建立基本方程和邊界條件還是比較容易的，但是由于其幾何形狀、材料特性和外部載荷的不規(guī)則性，求得解析解卻很困難。因此，尋求近似解法就成了求解實(shí)際問題近似解的必由之路。經(jīng)過多年的探索，盡管近似解法有許多種，但常用的數(shù)值分析方法就是差分法和有限元法

60、。</p><p>　　差分法計(jì)算模型可給出其基本方程的逐點(diǎn)近似值(差分網(wǎng)格上的點(diǎn))。但對于不規(guī)則的幾何形狀和不規(guī)則的特殊邊界條件差分法就難以應(yīng)用了。</p><p>　　有限元法把求解區(qū)域看作由于許多小的在節(jié)點(diǎn)處相互連接的子域(單元)所構(gòu)成，其模型給出基本方程的分片(子)近似解。由于單元可以被分割成各種形狀和大小不同的尺寸，所以它能很好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀、復(fù)雜的材料特性和復(fù)雜的邊界條件

61、。再加上有成熟的大型軟件系統(tǒng)支持，使其已逐漸成為一種非常受歡迎的、應(yīng)用極廣的數(shù)值計(jì)算方法。</p><p>　　2.2有限元分析系統(tǒng)的組成</p><p>　　有限元法的通用性使得它可以把固體力學(xué)、流體力學(xué)、動(dòng)力學(xué)與控制等不同分支中課題的求解統(tǒng)一在一個(gè)框架，組織在一個(gè)分析系統(tǒng)中?；跀?shù)理模型，有限元分析系統(tǒng)一般由前處理器、模型求解器、后處理器三個(gè)部分組成。其中前后處理器是算法與空間模型的接

62、口，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的前期準(zhǔn)備與后期整理，完成算式表達(dá)和結(jié)果顯示。模型求解部分實(shí)現(xiàn)數(shù)理方程的解算。對線性化模型，目前算法己近于成熟；當(dāng)前數(shù)理方法的主要研究方向是非線性問題和多體系統(tǒng)建模。</p><p>　　2.3有限元法的求解過程</p><p>　　有限元法是將連續(xù)的變形固體離散成有限個(gè)單元組成的結(jié)構(gòu)，單元與單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處以鉸鏈連接（節(jié)點(diǎn)不傳遞力矩）。利用變分原理或其它方法，建立聯(lián)系節(jié)

63、點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)載荷的代數(shù)方程組，求解這些方程組，得到未知節(jié)點(diǎn)位移，再求得各單元內(nèi)的其它物理量。一般來說，有限元解題過程可分為如下八個(gè)步驟：</p><p>　　2.3.1定義域或求解域的離散化</p><p>　　把定義域或求解域離散為子域(有限元)是有限元法的第一步，是把結(jié)構(gòu)或求解域分割成許多小部分或單元，這相當(dāng)于用一個(gè)具有有限自由度數(shù)目的系統(tǒng)來代替具有無限自由度數(shù)目的系統(tǒng)。離散的實(shí)施基本

64、上是靠工程判斷力。</p><p>　　1.正確選擇單元的類型</p><p>　　所有類型單元的幾何形狀基本上都可以歸屬于以下四大類：無矢量單元、一維單元、二維單元和三維單元。</p><p>　　無矢量單元是一種無尺度的點(diǎn)單元，在建模中這些單元往往被用來表示彈簧、集中質(zhì)量和黏性阻尼等特性。</p><p>　　一維單元?jiǎng)t是用于描述兩維尺度

65、遠(yuǎn)小于第三維尺度的物體，即直線型或曲線型的物體，這類單元的主要物理特性是沿著物體的軸線方向定義的。</p><p>　　二維單元?jiǎng)t是用于描述一維尺度遠(yuǎn)小于另二維尺度的物體，構(gòu)成計(jì)算模型中的面。</p><p>　　三維單元?jiǎng)t是用于表示三維實(shí)體。</p><p>　　對涉及曲線幾何形狀的問題進(jìn)行離散時(shí)，具有曲邊的單元是有用的。具有直邊的有限元稱為線性元，而具有曲邊的有

66、限元稱為高次元。</p><p>　　2.根據(jù)分析實(shí)體的幾何形狀和載荷特點(diǎn)，合理安排網(wǎng)格的疏密。</p><p>　　3.利用物體的物理?xiàng)l件簡化計(jì)算模型。</p><p>　　4.正確設(shè)定約束條件和載荷。</p><p>　　在建立計(jì)算模型時(shí)，有時(shí)為了消除模型的剛體位移，必須要對模型設(shè)置一些附加的約束條件。約束條件的設(shè)置必須要能消除實(shí)體在各個(gè)

67、自由度上的剛體位移。但也不能產(chǎn)生過度的約束，以免影響分析結(jié)果的正確性。</p><p>　　2.3.2 選擇適當(dāng)?shù)牟逯的Ｊ交蛭灰颇Ｊ?lt;/p><p>　　由于在任意給定的荷載作用下，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的位移解不可能預(yù)先準(zhǔn)確地知道，因此，假設(shè)用單元內(nèi)一些適當(dāng)解來近似未知解。通常，把解或插值模式取為多項(xiàng)式形式。在選擇時(shí)需注意：</p><p>　　(1)多項(xiàng)式項(xiàng)數(shù)應(yīng)該等于單元的自

68、由度數(shù)； </p><p>　　(2)多項(xiàng)式階次應(yīng)包含常數(shù)項(xiàng)和線性項(xiàng)；</p><p>　　(3)單元自由度應(yīng)等于單元節(jié)點(diǎn)獨(dú)立位移的個(gè)數(shù)。</p><p>　　連續(xù)體離散化后，要對典型單元進(jìn)行特性分析。為了能用節(jié)點(diǎn)位移（速度）來表示單元體的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，必須對單元中的位移分布做出假定。即假定一種位移模式（形函數(shù)）來近似地模擬其真實(shí)位移。其矩陣形式為：</p

69、><p>　　{u} = [N]wyomcqie                        式(2.1)</p><p>　　式中： {u}——單元中任一點(diǎn)位移列陣；</p

70、><p>　　[N]——形函數(shù)矩陣；</p><p>　　iywcmaee——單元節(jié)點(diǎn)位移列陣。</p><p>　　位移模式選定以后，就可以進(jìn)行單元力學(xué)特征分析。根據(jù)幾何方程確定應(yīng)變與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系：</p><p>　　{ε} = [B] ucewqswe        &#

71、160;          式(2.2)</p><p>　　式中：{ε}——應(yīng)變列陣；</p><p>　　[B]——幾何矩陣。</p><p>　　利用物理方程給出單元體內(nèi)任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)：</p><p>　　{σ} = [D][B]

72、 wuwomese                  式(2.3)</p><p>　　式中：{σ}——單元體內(nèi)任一點(diǎn)應(yīng)力列陣；</p><p>　　[D]——與單元材料相關(guān)的本構(gòu)矩陣。</p><

73、p>　　2.3.3推導(dǎo)單元的剛度矩陣和荷載向量</p><p>　　根據(jù)假設(shè)的位移模式，利用平衡條件或適當(dāng)?shù)淖兎衷砭涂梢酝茖?dǎo)出單元e的剛度矩陣k‘e’J和荷載向量P勁。推導(dǎo)單元特征矩陣和特征向量的方法有變分法、直接法和加權(quán)余量法,也可利用虛功原理建立作用于單元上的節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系式。即確定單元?jiǎng)偠确匠蹋?lt;/p><p>　　{F}e = [k]yqqesuie 

74、0;                  式(2.4)</p><p>　　式中：[k]——單元?jiǎng)偠攘嘘嚕遥?lt;/p><p>　　[k] = ∫∫∫[B]T[D][B]dν   &#

75、160;            式(2.5)</p><p>　　2.3.4計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力</p><p>　　2.3.5組裝單元?jiǎng)偠染仃囆纬烧w剛度矩陣</p><p>　　根據(jù)連續(xù)體平衡條件建立聯(lián)系整體節(jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)載荷的一個(gè)大型線性（或非

76、線性）方程組，求解這個(gè)方程組得到節(jié)點(diǎn)位移值：</p><p>　　[k]sqisyma = {F}                  式(2.6)</p><p>　　式中：[K]——總體剛度矩陣；</

77、p><p>　　mgmkues——整個(gè)連續(xù)體節(jié)點(diǎn)位移列陣；</p><p>　　{F}——節(jié)點(diǎn)載荷列陣。</p><p>　　2.3.6求解未知節(jié)點(diǎn)位移、計(jì)算節(jié)點(diǎn)力 </p><p>　　按問題的邊界條件修改總的平衡方程。</p><p>　　2.3.7單元應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算</p><p>　　在得到了節(jié)點(diǎn)

78、的位移矢量后，根據(jù)固體力學(xué)或結(jié)構(gòu)力學(xué)的有關(guān)方程即可算出單元的應(yīng)力和應(yīng)變。</p><p>　　2.3.8整理分析結(jié)果并輸出</p><p>　　2.4 有限元分析法的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　有限元分析法的優(yōu)點(diǎn)是解題能力強(qiáng)，可以比較精確地模擬各種復(fù)雜的曲線或曲面邊界，網(wǎng)格的劃分比較隨意，可以統(tǒng)一處理多種邊界條件，離散方程的形式規(guī)范，便于編制通用的計(jì)算機(jī)程序，在固

79、體力學(xué)方程的數(shù)值計(jì)算方面取得巨大的成功。但是在應(yīng)用于流體流動(dòng)和傳熱方程求解的過程中卻遇到一些困難，其原因在于，按加權(quán)余量法推導(dǎo)出的有限元離散方程也只是對原微分方程的數(shù)學(xué)近似。當(dāng)處理流動(dòng)和傳熱問題的守恒性、強(qiáng)對流、不可壓縮條件等方面的要求時(shí)，有限元離散方程中的各項(xiàng)還無法給出合理的物理解釋。對計(jì)算中出現(xiàn)的一些誤差也難以進(jìn)行改進(jìn)。</p><p>　　有限元分析法在工程中最主要的應(yīng)用形式是結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，如結(jié)構(gòu)形狀的最優(yōu)化

80、，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析，震動(dòng)的分析等等。有限元分析法在超過五十年的發(fā)展歷史中，解決了大量的工程實(shí)際問題，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。有限元分析法的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趨于理性，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品越來越精細(xì)，尤為突出的一點(diǎn)是，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的樣機(jī)試制次數(shù)大為減少，產(chǎn)品的可靠性大為提高。壓力容器的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和形狀優(yōu)化，機(jī)床切屑過程中的振動(dòng)分析及減振，汽車試制過程中的碰撞模擬，發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中的減振降噪分析，武器設(shè)計(jì)過程中爆轟過程的模擬、彈頭形

81、狀的優(yōu)化等等，都是目前有限元法在工程中典型的應(yīng)用。</p><p>　　經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展和在工程實(shí)際中的應(yīng)用，有限元分析法被證明是一種行之有效的工程問題的模擬方法，解決了大量的工程實(shí)際問題，為工業(yè)技術(shù)的起步起到了巨大的推動(dòng)作用。但是有限元分析法本身并不是一種萬能分析、計(jì)算方法，并不適用于所有的工程問題。對于工程中遇到的實(shí)際問題，有限元法的使用取決于如下條件：產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)或制作樣機(jī)成本太高，實(shí)驗(yàn)無法實(shí)現(xiàn)，而有限元計(jì)

82、算能夠有效地模擬出實(shí)驗(yàn)效果、達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?jì)算成本也遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)成本時(shí)，有限元分析法才成為一種有效的選擇。</p><p>　　第3章 設(shè)計(jì)說明及車體剛度強(qiáng)度分析</p><p>　　車體是車輛結(jié)構(gòu)的主體。車體的強(qiáng)度、剛度 ,關(guān)系到運(yùn)行安全可靠性和舒適性 ;車體的防腐耐腐能力、表面保護(hù)和裝飾方法 ,關(guān)系到車輛外觀、壽命和檢修制度 ;車體的重量 ,則關(guān)系到能耗、加減速度、載客能力乃至列車編組形

83、式 (動(dòng)拖比 )。以上所述都直接影響運(yùn)營質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，所以，車體的強(qiáng)度、剛度分析可以在保證車輛安全可靠和舒適的前提下最大限度的輕量化車體。</p><p>　　3.1作用在車輛上的載荷</p><p>　　3.1.1垂向靜載荷</p><p>　　作用在車體上的垂直靜載荷Pst包括車體自重、車輛載重以及裝備重量。</p><p><b

84、>　　1.車體自重</b></p><p>　　在進(jìn)行車輛強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，車體自重包括車體鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)的重量，以及安裝于車體上的車輛其它零、部件和設(shè)備的重量。</p><p><b>　　車輛載重</b></p><p>　　包括車內(nèi)檢修工具和工作人員等。</p><p><b>　　裝備質(zhì)

85、量</b></p><p>　　3.1.2垂向動(dòng)載荷</p><p>　　垂直動(dòng)載荷Pd是由于軌面不平、軌道接縫等線路原因以及由于車輛本身狀態(tài)不良引起車輪軌道間沖擊和車輛簧上振動(dòng)而產(chǎn)生的。通常垂直動(dòng)載荷由垂直靜載荷乘以垂直動(dòng)載荷系數(shù)而得，即Pd＝KdyPst。</p><p><b>　　3.1.3側(cè)向力</b></p>

86、<p>　　作用在車體上的側(cè)向力包括風(fēng)力和曲線運(yùn)行時(shí)的離心力。</p><p>　　風(fēng)力按風(fēng)壓力乘以車體側(cè)向投影面積計(jì)算。風(fēng)壓力取為0.54kN／m2，風(fēng)力的合力作用于車體側(cè)向投影面積的形心。</p><p><b>　　3.1.4 其它力</b></p><p><b>　　1.縱向沖擊力 。</b><

87、;/p><p><b>　　2.制動(dòng)力。</b></p><p>　　3.通過曲線時(shí)鋼軌的橫向力。</p><p>　　4.修理時(shí)加與車輛上的力。</p><p>　　5.扭轉(zhuǎn)載荷及垂直斜對稱載荷。</p><p>　　3.2主載荷的選擇與確定</p><p>　　因?yàn)楣こ誊囘\(yùn)

88、行時(shí)，垂向動(dòng)載荷為主載荷，Pd＝KdyPst，Pst為垂向靜載荷，Kdy為垂向動(dòng)載荷系數(shù)，因?yàn)閱诬壾囕v所行使的混凝土軌面比較平順，參考汽車設(shè)計(jì)的垂向動(dòng)載荷系數(shù)并考慮到單軌工程車運(yùn)行的軌道比較平順，Kdy取2。</p><p>　　3.3 車體與底架的連接方式</p><p>　　車體內(nèi)外蒙皮焊接在骨架上，在每根骨架的下端都有一個(gè)支座，支座上有直徑為12mm的通孔，在地板的外側(cè)縱梁和橫梁上

89、也有通孔，底架上外側(cè)橫梁和縱梁有一面打孔，在底架和地板之間需要連接的地方有一圈橡膠墊，通過螺栓和雙螺母把底架和車體連接起來。</p><p>　　3.4 底架與轉(zhuǎn)向架的連接方式</p><p>　　在底架與轉(zhuǎn)向架連接的位置分別有兩個(gè)直徑為36的孔，轉(zhuǎn)向架彈簧導(dǎo)向桿穿過底架上的孔，用雙螺母固定?？v向力和橫向力通過拉桿傳遞。</p><p>　　3.5 創(chuàng)建有限元模型的

90、方法與網(wǎng)格劃分技術(shù)</p><p>　　3.5.1 創(chuàng)建有限元模型兩種方法</p><p>　　1. 直接法：首先創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)，然后利用節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建單元，單個(gè)和多個(gè)單元組成一個(gè)有限元模型（不需要任何CAD模型）。</p><p>　　2：幾何模型網(wǎng)格劃分法：首先創(chuàng)建或者導(dǎo)入CAD幾何模型，然后利用網(wǎng)格劃分工具將其劃分成單元網(wǎng)格模型。</p><p>

91、　　因?yàn)閹缀文Ｐ驮赨G中建立的三維模型，所以，網(wǎng)格劃分采用幾何模型網(wǎng)格化分法。</p><p>　　3.5.2 將CAD模型劃分單元網(wǎng)格模型的基本過程</p><p>　?。?）定義單元類型。</p><p>　?。?）定義單元實(shí)常數(shù)或者單元截面。</p><p>　?。?）定義材料模型。</p><p>　?。?）創(chuàng)

92、建分析對象的幾何模型。</p><p>　　（5）給每個(gè)幾何對象分配單元屬性。在劃分網(wǎng)格前，必須先給每個(gè)幾何模型的點(diǎn)、線、體分配適當(dāng)?shù)膯卧獙傩?，包括單元類型號、單元?shí)常數(shù)號、材料號、單元坐標(biāo)系、方向關(guān)鍵點(diǎn)等。</p><p>　?。?）控制網(wǎng)格劃分密度。</p><p><b>　　總體網(wǎng)格尺寸。</b></p><p>

93、;　　點(diǎn)附近區(qū)域密度控制。</p><p><b>　　線上密度控制。</b></p><p><b>　　面上密度控制。</b></p><p><b>　　層密度控制。</b></p><p>　　（7）選擇單元形狀和網(wǎng)格劃分器類型。</p><p>

94、;　?。?）執(zhí)行網(wǎng)格劃分操作。</p><p>　?。?）執(zhí)行網(wǎng)格檢查。</p><p>　?。?0）合并模型與編號控制。</p><p>　?。?1）修改網(wǎng)格模型。</p><p><b>　　局部網(wǎng)格加密。</b></p><p><b>　　移動(dòng)、刪除等操作。</b>&

95、lt;/p><p>　　修改單元法向或者方向。</p><p>　　修改單元材料、實(shí)常數(shù)、材料等基本屬性。</p><p>　　3.5.3 網(wǎng)格單元類型</p><p>　　1. 從構(gòu)成的學(xué)科領(lǐng)域分類</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)單元。</b></p><p>　?。?/p>

96、2）流體單元（包括聲流體單元）。</p><p><b>　?。?）熱單元。</b></p><p>　?。?）電路、電場和磁場單元。</p><p><b>　?。?）耦合場單元。</b></p><p>　　2. 單元維數(shù)與拓?fù)湫问?lt;/p><p><b>　　

97、（1）二維或三維。</b></p><p>　?。?）點(diǎn)單元（如質(zhì)量單元）。</p><p>　?。?）線單元（如彈簧、桿、梁等單元）。</p><p>　?。?）面單元（如殼單元）。</p><p><b>　　（5）體單元。</b></p><p>　?。?）大多數(shù)三維塊體單元能退

98、化成四面體，大多數(shù)二維四邊形單元能退化成三角形。</p><p>　　3. 階數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)目</p><p>　　（1）線性（不帶邊中節(jié)點(diǎn)）和二次（帶邊中節(jié)點(diǎn)）單元。</p><p>　　（2）線性單元可通過附加形函數(shù)改善其精度。</p><p>　　（3）二次單元對給定單元網(wǎng)格提供了更高的精度，但如果需要可以刪掉單元邊界上的中間節(jié)點(diǎn)。<

99、/p><p>　　3.6 底架強(qiáng)度剛度分析</p><p>　　3.6.1 網(wǎng)格劃分</p><p>　　因?yàn)閹缀文Ｐ驮赨G中建立的三維模型，所以，網(wǎng)格劃分采用幾何模型網(wǎng)格化分法，網(wǎng)格單元選擇四面體單元。</p><p><b>　　如圖 3-1</b></p><p><b>　　圖3-1

100、</b></p><p>　　3.6.2 定義載荷的基本操作方法</p><p>　　1.在實(shí)體幾何模型上施加載荷</p><p>　　2.在有限元模型上施加載荷</p><p>　　3.6.3 結(jié)構(gòu)載荷的種類</p><p><b>　　1.位移載荷</b></p>&

101、lt;p><b>　　2.集中力載荷</b></p><p><b>　　3.壓力載荷</b></p><p><b>　?。?）均勻分布</b></p><p>　　（2）壓力在一定方向上按梯度分布。</p><p>　　1.）在選擇的線上施加壓力載荷。</p&g

102、t;<p>　　2.）在選擇的面上施加壓力載荷。</p><p>　　3.）在選擇的節(jié)點(diǎn)上施加節(jié)點(diǎn)壓力載荷。</p><p>　　4.）在選擇的單元組包含的所有節(jié)點(diǎn)上施加壓力載荷。</p><p>　　5.）在選擇的單元側(cè)面上施加壓力載荷。</p><p>　　6.）在選擇的單元組包含的所有單元上施加壓力載荷。</p>

103、;<p>　　3.6.4 施加載荷與邊界條件</p><p>　　底架所受垂向載荷主要來自車體、地板、車內(nèi)各種電氣設(shè)備以及車內(nèi)工作人員，所有垂向力均布作用在底架外圍橫梁和縱梁上表面，底架約束為轉(zhuǎn)向架彈簧上支座與底架梁接觸的地方，設(shè)定為固定約束。</p><p>　　3.6.5 執(zhí)行求解</p><p>　　3.6.6 強(qiáng)度分析結(jié)果</p>

104、<p><b>　　如圖 3-2</b></p><p><b>　　圖 3-2</b></p><p>　　16MnL的屈服極限為345MPa，許用應(yīng)力[σ]=σs/n,n為安全系數(shù)，此處安全系數(shù)取n=2.0，故許用應(yīng)力[σ]=345/2=172.5MPa,圖中最大應(yīng)力出為42.44MPa，遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，所以底架的強(qiáng)度復(fù)合要求。&

105、lt;/p><p>　　3.5.3 剛度分析結(jié)果</p><p><b>　　如圖 3-3</b></p><p><b>　　圖 3-3</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求允許底架的最大變形量為2mm，圖中最大變形量為0.13mm，所以，底架的剛度復(fù)合要求。</p><p>

106、;　　3.7 地板骨架強(qiáng)度剛度分析</p><p><b>　　3.7.1網(wǎng)格劃分</b></p><p>　　因?yàn)閹缀文Ｐ驮赨G中建立的三維模型，所以，網(wǎng)格劃分采用幾何模型網(wǎng)格化分法，網(wǎng)格單元選擇四面體單元。</p><p><b>　　如圖 3-4</b></p><p><b>　　

107、圖 3-4</b></p><p>　　3.7.2 施加載荷與邊界條件</p><p>　　地板骨架所受垂向載荷主要來自載重和車內(nèi)各種電氣設(shè)備以及車內(nèi)工作人員，所有垂向力均布作用在地板骨架橫梁和外圍縱梁上表面，地板骨架約束為地板骨架外圍橫梁和縱梁，設(shè)定為固定約束。</p><p><b>　　3.7.3執(zhí)行求解</b></p&

108、gt;<p>　　3.7.4 地板骨架強(qiáng)度分析結(jié)果</p><p><b>　　如圖 3-5</b></p><p><b>　　圖 3-5</b></p><p>　　16MnL的屈服極限為345MPa，許用應(yīng)力[σ]=σs/n,n為安全系數(shù)，此處安全系數(shù)取n=2.0，故許用應(yīng)力[σ]=345/2=172.

109、5MPa,圖中最大應(yīng)力出為8.7MPa，遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，所以地板骨架的強(qiáng)度復(fù)合要求。</p><p>　　3.7.3 地板骨架剛度分析結(jié)果</p><p><b>　　如圖 3-6</b></p><p><b>　　圖 3-6</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求允許地板骨架的最大變形量為2mm，

110、圖中最大變形量為0.287mm，所以，地板骨架的剛度復(fù)合要求。</p><p><b>　　第4章 結(jié) 論</b></p><p>　　利用有限元分析法對底架和地板的應(yīng)力分析,可以清楚的看到,底架和地板的最大應(yīng)力點(diǎn)在于A1，A2。點(diǎn),并且底架存在應(yīng)力集中,發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題后,就獲得了改進(jìn)底架的設(shè)計(jì)根據(jù),即要滿足兩個(gè)條件:一時(shí)盡量增加底架所能承受的最大應(yīng)力,二是使整個(gè)底架

111、的應(yīng)力分布均勻,考慮到輕量化的問題,增加底架各個(gè)梁的厚度不利于減輕整車重量,因此,在存在應(yīng)力集中的地方加了三角塊,同時(shí)兩邊縱梁里面扣了一根加強(qiáng)梁，使整個(gè)底架的應(yīng)力分布均勻。因?yàn)楣こ誊囓囁俾?，軌面比較平緩，一般不會(huì)出現(xiàn)劇烈的震動(dòng)，不像汽車行駛的路面那樣復(fù)雜多變，垂向動(dòng)載荷系數(shù)相對較大，但是考慮到工程車的絕對安全，本次設(shè)計(jì)的垂向動(dòng)載荷系數(shù)選得也比較大，從剛度強(qiáng)度分析結(jié)果得出工程車完全滿足強(qiáng)度剛度要求。</p><p>

112、;　　本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了NASTRAN對單軌工程車底架和地板骨架進(jìn)行了有限元分析，優(yōu)化了車身和骨架結(jié)構(gòu)，減輕了車輛自重，降低了制造成本，提高了車輛性能，基本達(dá)到了輕量化的要求，下一步還可以對底架縱梁斷面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，降低底架的重量。</p><p><b>　　論文小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過兩個(gè)多月的努力，單軌工程車車體設(shè)計(jì)終于完成 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)過

113、很多的難題，但都在老師和同學(xué)的幫助下順利解決了，在不斷的學(xué)習(xí)過程中我體會(huì)到：</p><p>　　寫論文是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程，從最初剛寫論文時(shí)對工程車車體的模糊認(rèn)識到最后能夠?qū)υ搯栴}有深刻的認(rèn)識，我體會(huì)到實(shí)踐對于學(xué)習(xí)的重要性，以前只是明白理論，沒有經(jīng)過實(shí)踐考察，對知識的理解不夠明確，通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，真正做到理論與實(shí)踐的結(jié)合?？傊?，通過畢業(yè)設(shè)計(jì),我深刻體會(huì)到要做好一個(gè)完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，樹立

114、正確的設(shè)計(jì)思想，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)，團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和敬業(yè)精神，對待要解決的問題，要耐心、要善于運(yùn)用已有的資源來充實(shí)自己。同時(shí)我也深刻的認(rèn)識到，在對待一個(gè)新事物時(shí)，一定要從整體考慮，完成一步之后再作下一步，這樣才能更加有效。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師xx教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成

115、的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，xx教授都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。從接觸杜子學(xué)教授三年多來，他不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向xx教授致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 </p><p>　　感謝我的室友們，從遙遠(yuǎn)的家來到這個(gè)陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著

116、寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我們沒有紅過臉，沒有吵過嘴，沒有發(fā)生上大學(xué)前所擔(dān)心的任何不開心的事情。只是今后大家就難得再聚在一起吃每年元旦那頓飯了吧，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。但愿遠(yuǎn)赴他鄉(xiāng)的C平平安安，留守重慶的D&E快快樂樂，也愿離開我們寢室的人開開心心。我們在一起的日子，我會(huì)記一輩子的。 </p><p>　　感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快

117、樂是我最大的心愿。</p><p>　　在此，我還要感謝在一起愉快的度過大學(xué)四年的同學(xué)和朋友們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　王伯銘.城市軌道交通車輛工程［M］.成都；西南交通大學(xué)出版社，2007.</p><

118、p>　　譚復(fù)興，高偉君等.城市軌道交通系統(tǒng)概論［M］.北京；中國水利水電出版社，2009. </p><p>　　嚴(yán)雋耄，傅茂海.車輛工程（第三版）［M］.北京；中國鐵道出版社；2009.</p><p>　　麓山文化.UG NX 7.0中文版從入門到精通［M］.北京；機(jī)械工業(yè)出版社；2010 .</p><p>　　張振淼. 城市軌道交通車輛［M］.北京：中

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