專用單軌車車輛結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計

1、中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 中文摘要摘 要我國是一個多山地的國家。山地地區(qū)的地形條件復雜，要在這樣的特殊地形地區(qū)進行貨物的運輸，就需要一種節(jié)約資源、安全環(huán)保的運輸方式，單軌車成為一種非常合適的選擇。目前，我國僅在重慶地區(qū)有部分城市客運單軌車輛，而在山地及林地等特殊地形地區(qū)運行的專用單軌車輛在國內(nèi)仍屬空白。本文參照韓國大銥株式會社 MCK 機械有限公司制造生產(chǎn)的 M-600Hs(8Ps)型森林多功能單軌運輸設(shè)備，以黑龍江大興安嶺地區(qū)為例，設(shè)計一種單軌車輛。使其能夠達到最大轉(zhuǎn)彎半徑 4m、最大承載能力 250kg、最大爬坡度 30，實現(xiàn)短途貨物運輸。本文通過查找文獻資料，實地考察和歸納總結(jié)等方法，設(shè)

2、計了一種可行的單軌車方案，完成了車身結(jié)構(gòu)、軌道的設(shè)計，同時對專用單軌車穩(wěn)定性的評價。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：單軌運輸 山地 車體 軌道 穩(wěn)定性中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 英文摘要IAbstract China is a multi- mountains country. Mountain areas are complication , special terrain in areas such as transportation, need a resource conservation, environmental safety of transport, monorail cars have be

3、come a very appropriate choice. At present, only some urban areas in Chongqing have some monorail passenger vehicles, and in the mountains and forest areas and other special terrain a dedicated monorail vehicles is still blank in the country. In reference to the South Korean MCK Machinery Co.Ltd. Ir

4、idium manufacturing the M-600Hs (8Ps)-type multi-functional forest single-track transport equipment to Da Hinggan Ling area as an example, we design a monorail vehicle that turning radius 4m, load capacity 250kg, climbing 30 degrees which could accomplish short-distance transport of goods. This arti

5、cle by means of Document Indexing, field trips and other methods, design a feasible solution of monorail vehicle, completed the body of vehicle and track design, while the stability of the vehicle is analyzed.Keywords：monorail vehiel forest trolley rail stability中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 目 錄II目 錄摘摘 要要 .I英文摘要英文摘要

6、.II目目 錄錄 .III第一章第一章 緒論緒論.11.1 研究背景和意義.11.2 文獻綜述.11.3 研究方法.61.4 研究思路.7第二章第二章 專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析.82.1 牽引車.82.2 臺車.92.3 底盤.112.4 軌道.112.5 支撐機構(gòu).112.6 其他裝置.12第三章第三章 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計.133.1 專用單軌車輛車體概述.133.2 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計.14第四章第四章 專用單軌車軌道設(shè)計專用單軌車軌道設(shè)計.174.1 軌道寬度設(shè)計.174.2 軌道嚙合機構(gòu)設(shè)計.224.3 軌道支撐機構(gòu)設(shè)計.234.4 軌道連

7、接設(shè)計.25第五章第五章 專用單軌車穩(wěn)定性分析專用單軌車穩(wěn)定性分析.275.1 空載工作條件下的穩(wěn)定性研究.275.2 負載工作條件下的穩(wěn)定性研究.33第六章第六章 結(jié)論結(jié)論.376.1 結(jié)論.376.2 存在問題.376.3 前景展望.37中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 目 錄III參考文獻參考文獻.38致致 謝謝 .39附附 錄錄 .40中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論0第一章 緒論1.1 研究背景和意義1.1.1 研究背景我國是個多山地的國家，山地面積占全國總土地面積的 2/3 以上，山地城鎮(zhèn)數(shù)占全國城鎮(zhèn)總數(shù)的將近一半。山地地區(qū)的地形條件復雜，用地往往被江河、沖溝、丘谷分割，地形高差較大

8、，這對建設(shè)公路交通十分不利1。同時，國內(nèi)還存在著大面積的森林生態(tài)系統(tǒng)，而目前使用的交通工具對森林都會造成不同程度的破壞，而且它們的使用需要架設(shè)、開道或者鋪設(shè)軌道，難度大費用高。因此，需要開發(fā)一種能夠滿足特殊地形運輸要求，同時節(jié)約資源、安全環(huán)保的運輸方式，單軌車成為一種非常合適的選擇。這些地區(qū)存在大面積山地、林地等常規(guī)車輛無法行駛，使他們的生產(chǎn)生活及經(jīng)濟發(fā)展也都受到一定程度的制約。以黑龍江大興安嶺地區(qū)為例，只能通過鋪設(shè)軌道，實現(xiàn)短距離的貨物運輸和人的通行。同時也要考慮到而單軌車輛恰恰為這種地帶提供了一種可能的行使方式。1.1.2 研究意義目前，我國存在大面積山地、林地等常規(guī)車輛無法行駛的地帶。單

9、軌車輛恰恰為這種地帶提供了一種可能的行駛方式。重慶跨座式單軌車輛的問世填補了我國單軌車輛歷史的空白。本文結(jié)合國家“948”項目，以黑龍江大興安嶺地區(qū)為例，通過鋪設(shè)軌道，設(shè)計完成可自由轉(zhuǎn)彎、能力承載 500kg、爬坡度 45的單軌車輛，實現(xiàn)短距離的貨物運輸和人的通行。本文通過文獻學習、實地考察、歸納總結(jié)等方法，對單軌車車輛結(jié)構(gòu)提出一種可行的設(shè)計方案，包括車身結(jié)構(gòu)、車輪和車道的設(shè)計。1.2 文獻綜述為更順利有效地完成論文，筆者共閱讀了國內(nèi)外文獻 20 余篇。其中 7 篇介紹單軌車輛的發(fā)展、使用等情況；5 篇介紹單軌車輛的應用；6 篇涉及單軌車輛車體結(jié)構(gòu)分析的內(nèi)容；4 篇講解單軌車輛軌道設(shè)計的知識。

10、現(xiàn)將以上文獻文類整理，并將學習結(jié)果作如下整理。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論11.2.1 單軌車輛概述1.2.1.1 單軌車概念及發(fā)展情況概念單軌交通是一種軌道為一條帶形的梁體、車輛跨坐于其上或懸掛于其下的交通系統(tǒng)。單軌車是指在單根軌道上行駛的交通工具。國外發(fā)展情況1824 年在英國倫敦第一條單軌軌道誕生,但是當時在倫敦碼頭鋪設(shè)的是木制軌道,而且車輛是用馬匹來牽引的。真正用動力車牽引的, 用來輸送旅客的營業(yè)化單軌軌道交通, 出現(xiàn)在 1888年的愛爾蘭。動力車是跨座式蒸氣機車, 線路長約 15km, 最高運行速度為 43 kmPh。189 年德國人建造了另外一種類型的單軌軌道, 是現(xiàn)存最

11、古老的單軌軌道交通線路。最早作為城市交通系統(tǒng)建成的單軌鐵路是 1964 年開通的羽田至浜松町間 13km 東京單軌鐵路。1970 年, 在大阪召開的萬國博覽會上, 建成了兼作展示用的場內(nèi)運輸萬博單辦鐵路,另外大船站至湘南江之島間 616km 湘南單軌鐵路也建成并開通運營。1它在很多場合得到了廣泛應用。國外較早的單軌游覽專用車出現(xiàn)在 1953 年的日本東京上野公園, 后阿爾韋格式單軌車系統(tǒng)在德國建設(shè)了實驗路線, 1958 年意大利都靈與美國西雅圖分別建設(shè)了博覽會專用線。這些都是單軌游覽車的前期應用, 其設(shè)備的制造和設(shè)計水平都是初級的。隨著科學的發(fā)展、技術(shù)的進步, 20 世紀 70 年代、80 年

12、代美國洛杉磯的迪斯尼樂園、日本東京上野公園、橫濱的夢幻世界等世界多處紛紛建立了性能較全面的中、小型旅游專用單軌游覽車。由于這些游覽機結(jié)構(gòu)有別于城市交通的單軌車, 而且軌道也不同, 這些單軌游覽車還主要應用于公園、機場等平坦的路面行駛, 還不能應用于森林坡度游覽和森林運輸之中。國內(nèi)發(fā)展情況2004 年 11 月 18 日, 首列國產(chǎn)跨座式單軌車在長春軌道客車股份有限公司下線。這不僅填補了我國城市軌道車輛工業(yè)的一個空白, 也標志著我國成為繼日本之后世上第二個擁有此種制造技術(shù)的國家。2004 年 12 月,重慶市軌道交通 2 號線投入試運行, 成為我國首次建設(shè)的跨座式單軌交通線。21.2.1.2 單

13、軌車輛分類單軌交通按照其行走模式和構(gòu)造的不同，分為跨座式單軌和懸掛式單軌交通兩種類型?？缱絾诬壗煌ǖ能囕v騎行于軌道梁的上方，車輛除底部的走形輪之外，在車體的兩側(cè)下垂部分尚有導向輪和穩(wěn)定輪，夾行于軌道梁的兩側(cè)，保證車輛沿軌道安全平穩(wěn)地行使。懸掛式單軌交通，車輛懸掛于軌道梁下方行使。軌道梁為下部開口的箱型鋼梁， ，車輛走形輪與導向輪均置于箱型梁內(nèi)，沿梁內(nèi)設(shè)置的軌道行使。車輛改變行車方向時，通過箱型軌道梁內(nèi)可動軌的水平移動實現(xiàn)。單軌車的種類較多根據(jù)車輛重心在軌道的位置上、下不同分為直立型、騎坐式和懸掛式。3中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論2a)高重心騎坐式 b)低重心騎坐式 c)低重心懸掛式

14、 d)非對稱懸掛式圖 1-1 單軌車種類略圖1.2.1.3 單軌車輛使用特點占用土地少因為單軌結(jié)構(gòu)窄，而且又可架設(shè)在道路上方，不需要很大空間。承擔的運量比較大跨座式單軌列車一般由 4 輛或 6 輛組成，其運量介于公共汽車與輕軌交通之間。適應復雜的地形能在大坡道和小半徑的區(qū)段正常運行，所以允許單軌線路選在很復雜的地形上。建設(shè)工期短、施工簡便、造價低單軌軌道結(jié)構(gòu)簡單，標準軌道可在工廠預制，現(xiàn)場拼裝，建造容易，所以工期較短，而且造價遠低于地鐵。運輸安全單軌采用高架軌道，與其它交通各行其道，互不干擾，而且特殊的型式也能保證安全運行。噪聲低、無廢氣污染等公害跨座式單軌車輛采用橡膠輪胎，與一般鐵路相比，運

15、行時噪聲較低而且它采用電力驅(qū)對日照和城市景觀影響小由于單軌比一般高架鐵路或其它新交通系統(tǒng)占用空間少，沿線不會投下很大的遮光陰影，對城市景觀還能起到點綴、美化的作用。乘坐舒適由于橡膠輪胎和空氣彈簧轉(zhuǎn)向架的采用，列車運行平穩(wěn)，再加上空調(diào)等現(xiàn)代化設(shè)備的裝設(shè)，旅客乘坐環(huán)境舒適，視野廣闊，在城市中運行還能起到游覽觀光的作用。4中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論31.2.2 單軌車輛的應用及現(xiàn)狀（1）國外單軌車輛的應用及現(xiàn)狀單軌車在日本的應用日本是最早應用單軌車的國家之一，1977 年就開始在森林中利用單軌車運輸木材森林中多為陡峭地帶，進行林業(yè)生產(chǎn)時，利用單軌車作為陡峭地區(qū)的運輸工具運出間伐木材，是替

16、代林區(qū)公路運材的有效方法。后有用于滑翔機訓練場，因其海拔較高，其最大的坡度有，要把人員及物資運到上面，其它運輸工具難以實現(xiàn)單軌車之所以有這樣的爬坡能力，是因為它采用了牙嵌咬合的方式。東京羽田線單軌車為跨騎式,由日立特快與東京單軌有限公司經(jīng)營。它是為連接位于大東京市中心的濱松火車站與羽田國際機場之間的交通而設(shè)計建造的,全線長 13.1km,行駛時間為15min,每日單 向運送乘客 16.2 萬人次。羽田線采用 日立阿爾韋格系統(tǒng)的跨騎式單軌車，開始動工后,只花了 16 個月就建成,按計劃于 1964 年 9 月 7 日投入營業(yè)性運行。羽田線基本上是沿著東京灣岸邊的獨立線路,沒有其他交通路線與它相交

17、。日本單軌湘南線位于神奈川縣南側(cè)將日鐵大船火車站與東 京西南約 50km 的嫌倉市海濱旅游勝地江之島連接起來。該線長 6.6km,建造于有許多彎道與陡坡的狹窄道路上空,緩和了沿線的交通擁擠狀態(tài)。懸掛式的單軌系統(tǒng)使穿越小彎道及上、下陡坡的困難得以克服,同時使乘客們可享受乘坐現(xiàn)代化交通工具的舒適性。單軌車在韓國的應用農(nóng)用單軌車可運輸農(nóng)藥化肥和果實等，不用人開車，只要有人裝車卸車即可工作，且上下都有自動停車裝置，使用非常方便在韓國僅農(nóng)戶果園就有多條運輸線在應用中單軌車的軌道架設(shè)不妨礙作物的種植及生長（農(nóng)用搬運車需辟地筑路，容易造成地面破壞且占用部分耕作面積），不受地形限制，只要架設(shè)軌道就能到達任何地

18、方 韓國政府為了避免農(nóng)田果園和環(huán)境被破壞，給農(nóng)工補助一半的費用鼓勵其使用單軌車。韓國人特別喜歡登山，其中老人和婦女也很多在韓國總計有多條單軌車在運行，有的已運行了余年，僅漢拿山國立公園就有 條運輸線，負責山上的垃圾回收運輸 對病人及有困難的游客進行救護等工作。 漢拿山國立公園要安裝一條木質(zhì)人行上山道，往山上運輸木料等比較困難，所以先安裝一條單軌車來運輸木材，修完路之后再拆除。5（2）國內(nèi)單軌車輛的應用及現(xiàn)狀單軌車在我國大陸的應用我國大陸首臺單軌車是黑龍江省森林工程與環(huán)境研究所從韓國大林單軌車株式會社引進的，安裝在穆棱林業(yè)局六峰湖自然保護區(qū)（國家“948”引進項目） ，使用效果非常理想這臺設(shè)備可

19、把游客運到山頂觀光，安裝時可自動運送原材料及客貨同時運送。 2004 年 11 月 18 日, 在長春軌道客車股份有限公司的試車場內(nèi), 一列跨座式單軌車在臨時搭建的混凝土軌道梁上徐徐駛過這是跨座式單軌車的試車現(xiàn)場, 這輛車車體寬達 2.98m,頭車長 14.8m,中間車長 13.9 m。而客室內(nèi)凈高度達到 2220mm,比地鐵高 100mm。車體采用的是輕量化鋁合金原料,構(gòu)造速度為 80 km/h, 其動力源是混凝土鋼軌兩端 1500V 的高壓電線。在超員中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論4時,頭車承載量為 211 人, 中間車承載量為 230 人,單向高峰小時運量為 3 萬人次。本次試車

20、的圓滿成功標志著我國首列國產(chǎn)跨座式單軌車正式下線, 填補了我國城市軌道車輛工業(yè)的空白。單軌車在臺灣地區(qū)的應用我國臺灣的農(nóng)園坡度較大，尤其是在沒有道路的農(nóng)地上，單軌道式運輸車便成為一種非常適用的交通運輸工具，深得農(nóng)民的喜愛目前臺灣有上千條的單軌車在使用中，這些單軌車大部分是從外國引進的，雖然臺灣地區(qū)也有制造商，但仿照外國制造的居多。1.2.3 單軌車車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）車體結(jié)構(gòu)的設(shè)計車體是跨座式單軌車輛的重要組成部分，主要承擔著裝載乘客和安裝各種電氣設(shè)備的任務(wù)。因此，它必須具有足夠的強度和剛度以滿足運輸使用的要求，同時要具有良好的動態(tài)特性來保證乘員的安全和舒適性。為了盡量減少車輛運行時的能耗，車體

21、結(jié)構(gòu)在滿足強度、剛度的前提下，還必須盡可能減輕自重。另外，車體的各個部件在長期的運行過程中還會產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。為了保證車體在一定時期內(nèi)的運行安全，還要求其必須達到規(guī)定的疲勞壽命。CAE 技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟為解決上述問題提供了有效途徑。以有限單元法為代表的 CAE 技術(shù)理論上能求解任何復雜的工程計算問題，其求解精度理論上只受計算機能力與物理模型的精度限制。利用現(xiàn)代 CAE技術(shù)來預測、估計和設(shè)計該車體的強度、剛度、壽命及性能能夠顯著提高設(shè)計的科學性，減少盲目性，提高設(shè)計效率，減少設(shè)計時的試驗次數(shù)，節(jié)省設(shè)計成本。國外發(fā)展情況對于軌道車輛車體的設(shè)計而言，有限元方法能夠滿足車體設(shè)計的要求。國外從 70

22、年代開始，就已開展利用有限單元法對車體結(jié)構(gòu)進行研究，并卓有成效經(jīng)過多年發(fā)展，在應用計算對車體進行分析的技術(shù)上逐步成熟完善，在車體建模技術(shù)和應用中對有限單元的選用逐步向前發(fā)展。當前，國外的車體設(shè)計已經(jīng)很好地把有限元設(shè)計與分析法引入到產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計評價及生產(chǎn)中。利用有限元軟件進行車體結(jié)構(gòu)的靜態(tài)分析、模態(tài)分析的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其工作重心已轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應分析、噪聲分析、碰撞分析等特別是隨機激勵響應分析備受青睞，主要是因為它可用來進行車輛的強度、剛度、振動舒適性和噪聲等方面的分析。計算機分析（如強度剛度，噪聲場，溫度場）對于整車、部件和零件的設(shè)計生產(chǎn)有著舉足輕重的分量，它在資金投入的減少，設(shè)計生產(chǎn)周期

23、的縮短，產(chǎn)品質(zhì)量的提高上發(fā)揮了巨大的作用。同時，國外在車體制作方面已經(jīng)把有限元法應用于產(chǎn)品的加工工藝分析上，把材料分析與零件機加工分析相結(jié)合，用有限元分析等方法來改進加工方法及手段，使車體的制造達到了較高的水平。國內(nèi)發(fā)展情況我國車輛制造行業(yè)有限元計算工作起步于 1975 年，相關(guān)科研單位和高等院校推出了一批有價值的實用有限元軟件，并應用于車架和車身的設(shè)計，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效益。從 1980 年開始，隨著我國對外開放政策的實施，我國計算機的使用條件得到了很大改善，計算機裝備數(shù)量大幅度增加，國外流行的大型商業(yè)性軟件隨之引入我國車輛制造行業(yè)，大力推動了我國軌道車輛車體有限元分析技術(shù)的發(fā)展。目前，

24、我國的有限元計算工作已經(jīng)初步形成一定的規(guī)模，在微機上進行有限元分析已經(jīng)不中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論5再是困難的事，同時有限元分析的應用得以向廣度和深度發(fā)展。當前我國車體有限元方法的應用已從一般的靜態(tài)分析發(fā)展為動態(tài)特性相應分析，從一般的應力分析發(fā)展為疲勞壽命分析，有限元方法的應用在我國隨著計算機技術(shù)的不斷提高而日趨成熟。6（2）車輛軌道設(shè)計單軌車依靠車體和軌道之間的嚙合來實現(xiàn)行走,嚙合機構(gòu)直接影響單軌車運行的平穩(wěn)性、安全性及其成本。因此選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，對于結(jié)構(gòu)設(shè)計是個很重要的問題，選擇合理結(jié)構(gòu)形式不僅可以使結(jié)構(gòu)更加安全可靠，還可以使整個建筑達到降低造價、靈活布置的目的。結(jié)合到自助

25、轉(zhuǎn)向懸掛式獨軌車行走軌道系統(tǒng)，主要由豎向支撐、行走軌道、基礎(chǔ)、構(gòu)件間連接幾個主要的部分組成。針對各個不同部分的功能要求和各自不同的受力特點，應選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。自主轉(zhuǎn)向懸掛式獨軌車行走軌道系統(tǒng)的豎向支撐系統(tǒng)的主要作用是連接行走軌道系統(tǒng)和地面基礎(chǔ)系統(tǒng)。其作用相當與建筑結(jié)構(gòu)中的柱構(gòu)件，其受力特征主要以受彎為主。這就要求豎向支撐系統(tǒng)有足夠的截面慣性矩去抵抗彎矩，當跨度較大時常常需要采用格構(gòu)式的豎向的支撐系統(tǒng)。對于豎向支撐系統(tǒng)大致可以分為以下的幾類。一：單軌道的支撐系統(tǒng)，二：單軌道大跨度的組合支撐系統(tǒng)，三：多軌道大跨度的支撐系統(tǒng)。71.3 研究方法1.3.1 文獻總結(jié)法本文通過對目前單軌車輛的發(fā)展情

26、況，單軌車輛車體結(jié)構(gòu)和軌道-行走輪嚙合機構(gòu)設(shè)計以及國家設(shè)計標準等相關(guān)資料的收集、分析和研究，對我單軌車輛設(shè)計的理論和研究進行梳理與總結(jié)，為設(shè)計出適合山地、林地等無路地區(qū)運輸?shù)膶Ｓ脝诬壾囕v提供理論依據(jù)。1.3.2 計算與分析法本文設(shè)計過程中，會涉及很多數(shù)據(jù)的分析與計算，比如材料的選擇，載荷的分布，動靜疲勞強度，動力性、經(jīng)濟性計算等。利用多種數(shù)據(jù)，從理論上進行可行性設(shè)計，為設(shè)計出的專用單軌車的實用性提供保證。1.4 研究思路本論文分為緒論、專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析、專用單軌車輛軌道嚙合設(shè)計、單軌車穩(wěn)定性分析結(jié)論與展望共六部分。第一部分為緒論，闡述設(shè)計專用單軌車輛的目的意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究思路和方

27、法。第二部分為專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析，對單軌車的各部分結(jié)構(gòu)如牽引車、臺車、輔助裝置等中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第一章 緒論6進行分析和設(shè)計。 第三部分為專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計，以基礎(chǔ)參數(shù)的確定為出發(fā)點進行設(shè)計、設(shè)計出符合各項參數(shù)的車體結(jié)構(gòu)，主要為貨物臺車的尺寸材料等。第四部分為專用單軌車輛軌道設(shè)計，通過對軌道受力分析和校核計算，參考國外經(jīng)驗，設(shè)計確定了軌道的寬度、嚙合機構(gòu)、支撐機構(gòu)和連接機構(gòu)。第五部分對專用單軌車的穩(wěn)定性進行分析和評價，在空載和負載兩種條件下，對平道、彎道和坡道坡道進行受力分析和計算，得出穩(wěn)定性符合要求之結(jié)論。第六部分結(jié)論與展望，對論文中出現(xiàn)的問題與不足進行描述、盡可能地提出優(yōu)化

28、方案，并展望專用單軌車輛的使用可行性與推廣前景。1.5 本章小結(jié) 四部分為專用單軌車輛軌道設(shè)計，通過對軌道受力分析和校核計算，參考國外經(jīng)驗，設(shè)計確定了軌道的寬度、嚙合機構(gòu)、支撐機構(gòu)和連接機構(gòu)。第五部分對專用單軌車的穩(wěn)定性進行分析中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第二章 專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析7第二章 專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析專用單軌車的性能是由各個環(huán)節(jié)的綜合指標決定的，任何環(huán)節(jié)性能的下降，都會對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生不良影響，深入的研究各個環(huán)節(jié)的性能，是設(shè)計高質(zhì)量專用單軌車的先決條件。單軌車部件主要包括:牽引車、臺車、底盤、軌道、支撐機構(gòu)以及其它輔助材料等。2.1 牽引車牽引車由主體及發(fā)動機兩部分組成，其中發(fā)動機為

29、單軌車的動力裝置，而主體則括變速裝置、驅(qū)動裝置、制動裝置等重要裝置。牽引車發(fā)動機主要裝置由圖 2-1 所示。圖 2-1 專用單軌車-牽引車發(fā)動機2.2.1.發(fā)動機發(fā)動機，又稱為引擎，是一種能夠把一種形式的能轉(zhuǎn)化為另種更有用的能的機器，通常是把化學能轉(zhuǎn)化為機械能。有時它既能用于動力發(fā)生裝置，也可指包括動力裝置的整個機器，比如汽油發(fā)動機、航空發(fā)動機。專用單軌車的發(fā)動機，用于為單軌車的行走提供動力，其主要參數(shù)指標如表 2-1 所示。8表 2-1 專用單軌車-牽引車發(fā)動機的主要參數(shù)指標主要指標內(nèi)容主要指標內(nèi)容規(guī)格HONDAGX-240-K1點火方式電子循環(huán)空冷 4 循環(huán)起動裝置車鑰匙或反沖起動額定輸出

30、功率6.0Ps/3600rpm使用燃料無煙汽油最大輸出功率8.0Ps/4000rpm容量6.0 升總排氣242cc中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第二章 專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析82.2.2 主體主體主要由變速裝置、驅(qū)動裝置、制動裝置等重要裝置。下表列出牽引車主體的主要性能參數(shù)。表 2-2 專用單軌車-牽引車主體的性能指標主要指標內(nèi)容主要指標內(nèi)容長度1000mm發(fā)動機HONDA-GX-240-K1寬度800mm傳動前進，后退，各一次高度1100mm最大轉(zhuǎn)角45速度45m/min驅(qū)動方式齒輪架2.2 臺車專用單軌車主要用于林區(qū)、果園、旅游風景區(qū)等地，因此單軌車應承擔運載貨物和顧客的雙重任務(wù)，故單軌車的臺車

31、分為運貨臺車和載客臺車(運載乘客)兩種。2.2.1 運貨臺車運貨臺車主要用于承載貨物，其主要參數(shù)指標如表 2-3 所示，T-5A 型臺車如圖 2-2 所示。表 2-3 單軌車一運貨臺車各裝置性能描述代號名稱功能1貨物臺車裝載用2主連接鏈牽引車或載客卜車的連接條3附連接鏈 由繩索或鏈條組成的連接4輪輥子包括上下兩個輥子在軌道上行駛；下輥子與軌道間的空間距離為一毫米5承載支柱保護貨物中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第二章 專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析9圖 2-2 專用單軌車-運貨臺車圖2.2.2 載客臺車載客臺車主要用于搭載乘客，其各裝置性能描述如表 2-4 所示。圖 2-3 為 OP-3-60 型載客臺車。表

32、 2-4 單軌車載客臺車各裝置性能描述代號名稱功能1緊急剎車桿當車輛停止前進時應關(guān)閉發(fā)動機使車輛停下來2座位使座位保持斜面水平3剎車幫助車輛在下坡路面速度控制在標速內(nèi)4立足處放置雙腳圖 2-3 專用單軌車-載客臺車中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第二章 專用單軌車輛結(jié)構(gòu)分析102.3 底盤專用單軌車底盤主要包括轉(zhuǎn)向架構(gòu)架、走形輪輪系、懸架等結(jié)構(gòu)。底盤系統(tǒng)采用壓型鋼板焊接構(gòu)架，通過拉板彈簧式定位懸架連接走行輪軸。單軌車和軌道采用齒輪嚙合機構(gòu)，同時選用 6206 深溝球軸承。同時構(gòu)架上連接牽引裝置和導向輪及安全輪。各部分具體設(shè)計內(nèi)容請參見專用單軌車輛系統(tǒng)方案的設(shè)計第三章內(nèi)容。2.4 軌道單軌車顧名思義，

33、其軌道為單線型，軌道與車輛間通過摩擦實現(xiàn)行走。單軌車特殊的設(shè)計、運行形式，對軌道的各項性能提出了較高要求。軌道的尺寸設(shè)計等主要參數(shù)指標參見第四章。2.5 支撐機構(gòu)單軌車的支撐機構(gòu)位于軌道與地面之間，起到支撐軌道、穩(wěn)定軌道的作用，其主要參數(shù)指標如表 2-5 所示。表 2-5 單軌車一支撐機構(gòu)名稱材料及規(guī)格主支柱T 型止沉盤F.C.D 球墨鑄鐵2.6 其他裝置除上述牽引車、軌道、支撐機構(gòu)、制動器等材料外，專用單軌車的機械構(gòu)造中還包括一些作用十分重要的小零件，這些零件對于單軌車設(shè)備缺一不可。包括支柱掛鉤、U 型環(huán)、止沉盤、岔道、道路開閉器等。9中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第三章 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計

34、11第三章 專用單軌車轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)設(shè)計專用單軌車輛在軌道上運行，行駛輪在軌道上面滾動運行，軌道左右的轉(zhuǎn)型加緊輪通過與軌道的配合保證單軌小車在運行和轉(zhuǎn)向時的平穩(wěn)，以及保證運輸小車在運行過程中不脫軌和不側(cè)倒。3.1 專用單軌車輛車體概述車體是運載對象的承載體，對于旅客運輸而言是人，對于貨物運輸而言是貨品。車體的結(jié)構(gòu)與設(shè)計對于旅客舒適性、貨物安全性等都有著十分重要的作用。3.1.1 車體的功能要求專用車輛車體應具有以下功能：（1）運載功能。作為運載工具，客車需要為旅客提供乘坐的舒適的環(huán)境以及方便上下車的設(shè)施，機車或火車則為動力與控制裝置及其它設(shè)備或貨物提供足夠的裝載空間。（2）結(jié)構(gòu)安全功能。車輛在運行中

35、承受縱向、垂向、橫向以及扭轉(zhuǎn)等各種載荷，應具有減緩各種振動與噪聲、抵抗結(jié)構(gòu)變形及提高耐久性以確保成員安全的能力。（3）良好的工藝性、可維修性和運行可靠性，以滿足軌道交通經(jīng)濟耐用與運行可靠的要求。（4）在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下降低車體自重。車體的功能主要通過承載結(jié)構(gòu)、車輛設(shè)施、工業(yè)設(shè)計技術(shù)等得以實現(xiàn)。103.1.2 車體結(jié)構(gòu)的承載形式從結(jié)構(gòu)強度的角度看，車體結(jié)構(gòu)分為承載結(jié)構(gòu)與非承載結(jié)構(gòu)。承載結(jié)構(gòu)是車體中抵抗外力和變形功能的部分，主要是車體的骨架和蒙版。非承載結(jié)構(gòu)是指車門及操作機構(gòu)、風道和座椅及其他內(nèi)裝等附件屬于車體結(jié)構(gòu)但不參與承載的部分。軌道車輛車體承載結(jié)構(gòu)通常是由質(zhì)強比高、耐腐蝕性好的金屬材料制

36、成的板梁通過焊接或鉚接等方法組成的結(jié)構(gòu)，早期的軌道車輛多采用鋼材制成。在鑒定車體鋼結(jié)構(gòu)強度時，車體承受各種載荷的取值、作用方式以及作用位置，都要符合設(shè)計與試驗規(guī)范規(guī)定的有關(guān)標準?？傮w而言，軌道車輛可歸納為整體承載型、側(cè)壁和底架共同承載型和底架（車架）承載型三類。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第三章 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計123.2 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計本課題研究并設(shè)計出以大興安嶺一帶為例的用于山地貨物運輸?shù)纳鷳B(tài)型單軌車，因此以運輸貨物為主，本節(jié)從結(jié)構(gòu)和尺寸的確定以及材料選擇兩方面進行運貨臺車的設(shè)計。3.2.1 結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計本設(shè)計采用底架承載式車身，根據(jù)貨物運輸重量和體積的要求確定車體尺寸，并在

37、車體兩側(cè)各設(shè)有 3 個貨物支撐架。從經(jīng)濟性角度考慮，橫向設(shè)計 3 個支撐架。車體前部設(shè)有牽引裝置，為主連接鏈，與牽引車部分相連接。請參見表 3-1。表 3-1 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)和尺寸名稱內(nèi)容內(nèi)容尺寸橫向支撐架3 個長度2500mm縱向支撐架6 個（每側(cè)車廂各 3 個）寬度1200mm牽引裝置主牽引鏈高度1200mm為明確表征車體結(jié)構(gòu)，筆者畫出專用單軌車輛的車體部分，見圖 3-1。零件圖見附件 2。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第三章 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計13圖 3-1 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)圖中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第三章 專用單軌車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計143.2.2 材料選擇從承載強度和經(jīng)濟性角度考慮

38、，車體材料選擇灰鑄鐵 HT150，表面刷有保護漆皮，可抗腐蝕，強度、剛度都能滿足承載的需求。其具體各項參數(shù)見表 3-2。表 3-2 灰鑄鐵 HT150 各性能參數(shù)內(nèi)容數(shù)值熔點1200熱導率 W/(mK)46.4-92.8比熱容 J（Kg K）544.3密度 g/cm（t/cm）7.0鑄件壁厚（mm）20-30最小抗拉強度 Mpa130硬度 HB110-166彈性模量 E（Gpa）115-160切變模量 G（Gpa）45泊松比0.23-0.27 據(jù)圖計算，車身自重為 100kg。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計15第四章 專用單軌車軌道設(shè)計單軌車和軌道的嚙合機構(gòu)中軌道的寬度直

39、接影響著軌道的鋪設(shè)難度和鋪設(shè)成本。專用單軌車的一個突出特點就是軌道鋪設(shè)簡單，因此單軌車可以到達任何地方。從另一個層面上講，單軌車軌道的鋪設(shè)也對環(huán)境有著重要關(guān)系，軌道過寬帶來鋪設(shè)成本和難度增加的同時，可能會對森林環(huán)境造成更大的破壞。除了以上兩點，單軌車的軌道寬度還對單軌車嚙合機構(gòu)中的其它附屬機構(gòu)的設(shè)計帶來相應的影響，例如和軌道嚙合的齒輪以及導向輪等都與軌道寬度有著直接關(guān)系。4.1 軌道寬度設(shè)計軌道寬度過大會造成載荷分布不均，鋪設(shè)困難，影響靈活性等；過小又無法滿足專用單軌車的承載要求，因此設(shè)計合適的軌道寬度極其重要。本節(jié)從原則、參數(shù)確定和校核計算三方面確定軌道寬度。4.1.1 設(shè)計原則本文遵循滿足

40、安全性的前提下使軌道寬度盡量小的原則對軌道寬度進行設(shè)計，因此設(shè)計中主要以滿足強度要求為準則。主要從以下三個方面考慮。（1）專用單軌車運行的安全性、耐磨性、安裝、變形以及鋪設(shè)成本等因素，單軌車的軌道采用空心的正方形型鋼制造。（2）應用中軌道平面越寬軌道的剛度越大、承載能力越強，但是由于單軌車和軌道的嚙合屬于線性接觸，因此軌道平面越寬就會造成接觸線的載荷分布不均勻程度增加，這直接影響到單軌車運行的平穩(wěn)性，還會造成嚙合機構(gòu)的磨損程度不均勻，從而加劇磨損減小單軌車嚙合機構(gòu)的應用壽命。（3）軌道過寬將會帶來軌道鋪設(shè)難度的增大，還會影響到單軌車應用的靈活性和對環(huán)境的破壞程度等。114.1.2 各參數(shù)確定以

41、上述原則為基礎(chǔ)，山林地實際情況為依據(jù)，設(shè)計確定以下參數(shù)。其中，軌道采用空心正方形的型鋼制造，材料為 35 號鋼。考慮到單軌車運行的安全性以及軌道鋪設(shè)的方便性，每相鄰的兩節(jié)軌道之間依靠內(nèi)嵌連接鋼套和螺栓連接，并且在每個軌道連接點附近都設(shè)有支撐點，以保證運行中軌道的平穩(wěn)性和安全性。表 4-1 為軌道各參數(shù)列表。單軌車車道受載情況如圖 4-1 所示。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計16表 4-1 軌道參數(shù)表名稱字母數(shù)值軌道寬度H待確定空心型鋼截面積E需參照校核結(jié)果與國外經(jīng)驗值確定空心型鋼壁厚t4mm（國外經(jīng)驗值）每段軌道長L3500mm車頭和貨車車廂的輪間距W1000mm每個貨車

42、車廂輪組之間的距離N2000mm每節(jié)車身長度2500車頭長度800支撐點之間的跨度l1500mm圖 4-1 單軌車車道受載情況圖4.1.3 載荷計算4.1.3.1 剪力和彎矩計算從圖 4-1 中單軌車軌道的受載分析可以知道，軌道每兩個支撐點之間最多可以同時承載一組貨車車廂行走和車頭，因此設(shè)計時按照最大承載能力設(shè)計，如果運輸需要增加貨車車廂時保證軌道的承載能力在安全范圍，軌道不必要進行重新鋪設(shè)和改進，從而節(jié)省設(shè)計費用。當運行到如圖 4-1 所示的位置時，假設(shè)每節(jié)貨車的重心都在車廂的幾何中心，車頭的重心在車頭車輪中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計17組的中心，圖 4-2 所示是軌

43、道所受載荷的簡化圖，每節(jié)軌道可以簡化為兩端固支的梁，除摩擦力以外由于軌道受到的都是平行于軌道橫截面的載荷，因此軌道只要滿足剪切強度和彎曲強度要求即可。圖 4-2 軌道兩支撐點間受力分析圖根據(jù)專用單軌車的技術(shù)說明，每節(jié)貨車自重 100kg，每節(jié)最大承載能力 500kg，車頭重150kg，那么在不考慮振動沖擊的情況下，則根據(jù)圖 4.2 中軌道所受的載荷可以建立如下所示的靜力平衡方程:=0, (b+e)+ e 一 (a+b+e)=0mBP1P2RA=0, (a+b+e)-a- (a+b)=0 (4-1)mARBP1P2其中各參數(shù)表示變量如表 4-2 所示。表 4-2 各參數(shù)表示變量P1貨車車廂自重和

44、載重量之和RA支撐點 A 的支撐反力P2單軌車車頭自重RB支撐點 B 的支撐反力通過求解方程(4-l)可以得到軌道兩個支撐點 A、B 兩點的支撐反力分別為：=（b+e）+e/l =a+（a+b）/l （4-2）RAP1P2RBP1P2以軌道的左支撐點 A 為坐標原點，選取坐標系如圖 4-2 中所示。來自于貨車車廂行走部幾何中心的集中力P2作用于點 C，來自于單軌車車頭的自重力P1作用于 D 點。軌道在 AC、CD、DB中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計18三段內(nèi)的剪力 Q 和彎矩 M 不能用同一方程式來表示，應分段考慮，在 AC 段內(nèi)取距離原點為 x 的任意截面，截面以左只有

45、外力 RA，根據(jù)剪力和彎矩的計算方法和符號規(guī)則，求得這一截面上的Q 和 M 分別為:Q(x)=（e+b+e）/l (0 xa) (4-3)P1P1P2M(x)=（e+b+e)x/l (0=x=a) (4-4)P1P1P2這就是在 AC 段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在 CD 段內(nèi)取距離左端為 x 的任意截面，則截面以左有和兩個外力，截面上的剪力和彎矩是：RAP1Q(x)=(e 一a)/l (ax(a+b) （4-5）P2P1M(x)=(e 一a)x/l+a (a=x=(a+b) （4-6）P2P1P1這就是在 CD 段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在 DB 段內(nèi)取距離左端為 x 的任意截面則截面以左

46、有和、和三個外力截面上的剪力和彎矩是：RAP1P2Q(x)=(e 一a 一l)/l (a+b)xl) （4-7）P2P1P2M(x)=(e 一a 一l)x/l+a+(a+b) (a+b)=x=l) （4-8）P2P1P2P1P2依此方法即可求得整段軌道的剪力和彎矩圖分別如圖 4-3 和圖 4-4 中所示。圖 4-3 軌道兩個支撐點之間軌道的剪切力圖中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計19圖 4-4 軌道兩個支撐點之間軌道的受載彎矩圖4.1.3.2 剪切強度校核圖 4-1 中，e 是單軌車頭行走部幾何中心輪支撐中心距軌道右端支撐點的距離BD。由式(4-3)可知，在 AC 段內(nèi)軌道

47、的任意橫截面上的剪力皆為常數(shù)(P1+P2)e+Pl/l.5，且符號為正，所以在 AC 段內(nèi)(0 xa)，剪力圖在 x 軸上方且平行于 x 軸的直線(圖 4-3)。同理，可以根據(jù)式 4-5)和式(4-7)作 CD 段內(nèi)和 DB 段內(nèi)的剪力圖如圖 4-2 中所示。從剪力圖中可以看出，當單軌車貨車車廂行使到右端輪支撐中心距離軌道左端為 a=0.0mm 時(此時 e=0.5)，最大剪力為Qmax=0.5(P1+P2)+P1/1.5。根據(jù)圖 4-3 可以得到軌道承受的最大剪力為 Q=0.5(P1+P2)+Pl/1.5，根據(jù)強度要求軌道承受的最大剪切應力應該滿足如下的剪切強度要求:t=Q/E=0.5(+)

48、+ /(1.5E)t (4-9)P1P2P1其中，Pl=6000N（g 取 10N/m）是貨車車廂施加給軌道的集中力載荷;P2=1500N 是車頭施加給軌道的集中力載荷;E 是空心正方形軌道的型鋼截面面積;t=147MPa 是軌道材料的許用剪切應力。則根據(jù)式(4-9)可以得到滿足剪切條件的最小空心型鋼截面面積為 E=0.442cm，考慮到單軌車運行的穩(wěn)定性和軌道的磨損特性，借鑒國外經(jīng)驗和空心型鋼的標準，選取寬度 H=80mm，壁厚 t=4mm，截面積 E=6.974cm的空心型鋼作為單軌車軌道，則 t=9.32Mpat，因此設(shè)計寬度滿足剪切強度要求。12中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單

49、軌車軌道設(shè)計204.1.3.3 彎曲強度校核根據(jù)圖 4-4 可以得到當 e=(8Pl+9P2)/(12(Pl+P2)時，軌道承受的最大彎矩為W=(4P1+81P2+84P1P2)/96(P1+P2)，根據(jù)強度要求，軌道承受的最大彎曲應力應該滿足如下的彎曲強度要求:s=W/E=(4+81+84)/96E(+)s (4-10)P1P2P1P2P1P2式(4-10)中，Pl=6000N（g 取 10N/m）是貨車車廂施加給軌道的集中力載荷;P2=1500N 是車頭施加給軌道的集中力載荷;E 是空心正方形軌道的型鋼截面面積;s=315MPa 是軌道材料的許用彎曲應力。則根據(jù)式(4-10)可以得到滿足彎

50、曲條件的最小空心型鋼截面面積為 E=0.048cm，當取寬度 H=80mm，空心型鋼壁厚 t=4mm，軌道截面積 E=6.974cm時 s=2.155Mpas，因此設(shè)計軌道同樣也滿足彎曲強度要求。4.1.4 小結(jié)綜上所述，為了保證單軌車的運行安全，滿足剪切和彎曲許用應力，單軌車的軌道寬度在設(shè)計時選取寬度為 H=80mm，可以借鑒外國經(jīng)驗，截面積為 E=6.974cm，壁厚 t=4mm 的空心型鋼。4.2 軌道嚙合機構(gòu)設(shè)計單軌車是依靠車體和軌道之間的嚙合來實現(xiàn)行走的，嚙合機構(gòu)直接關(guān)系著單軌車運行的平穩(wěn)性能和安全性能。另一方面，單軌車和軌道嚙合機構(gòu)的設(shè)計也直接影響著單軌車機構(gòu)的設(shè)計成本，因為單軌車

51、機構(gòu)對單軌車其它附屬機構(gòu)都有著重要的影響。專用單軌車和軌道采用齒輪嚙合機構(gòu)。分析原因，主要是考慮到采用齒輪嚙合機構(gòu)能夠提高單軌車的運行可靠性，制動安全性能以及驅(qū)動性能等。尤其是對于爬坡狀態(tài)的單軌車，采用齒輪嚙合機構(gòu)便于控制其運行的速度，而且齒輪機構(gòu)的傳力性能好，不容易失效。此外，采用齒輪嚙合機構(gòu)可以防止由于單軌車在爬坡狀態(tài)重心的變化導致單軌車出現(xiàn)影響正常運行的打滑現(xiàn)象。單軌車和軌道上表面采用齒條和齒輪嚙合方式，齒條上的嚙合齒，采用厚度為 6mm 的鋼板冷壓造型，焊接在單軌車的下軌道面上。嚙合齒輪采用如圖 4-5 中所示的結(jié)構(gòu)，每個嚙合輪上均勻布置 24 個圓柱“齒” ，這樣單軌車和軌道下表面的

52、嚙合機構(gòu)就是圓柱和面的接觸問題，容易保證嚙合中是線性接觸，從而減小了嚙合的不穩(wěn)定性，可以減小嚙合中的噪聲和振動問題，從而可以增加單軌車運行的平穩(wěn)性。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計21圖 4-5 嚙合齒輪結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求單軌車的整機總重為 250kg，最大載重量為 500kg，假設(shè)單軌車在水平軌道上運行，則此時所有內(nèi)外載荷都垂直作用在軌道上，因此在單軌車上嚙合輪和軌道之間的摩擦系數(shù)一定的條件下，此時驅(qū)動單軌車運行的牽引力最大，由于整個單軌車是靠軌道上嚙合齒輪和軌道齒條的嚙合力驅(qū)動，因此此時也即是單軌車的嚙合齒輪受載最大。由于嚙合“齒”是圓柱，假設(shè)同一時刻只有一個圓柱“齒”參

53、與嚙合，也即是所有載荷都有一個圓柱“齒”承載。假設(shè)圓柱的直徑為 d，材料為 45 號鋼，材料的許用剪切應力為t=166MPa，齒條寬度為 B，則圓柱“齒”的強度應該滿足以下條件:4F/pd=t (4-11)式(4-11)中，F(xiàn) 為單軌車和軌道之間的摩擦力，由于單軌車和軌道之間的摩擦為滾動摩擦，滾動摩擦系數(shù)扮=0.5，因此 F=f(Pl+P2)。p 為齒距，有周長=d=zp，所以 p=m=d/z。因此通過式(4-11)就可以求出圓柱“齒”的最小直徑為 8.84mm，考慮到載荷的不穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計中最小直徑取 d=15mm。134.3 軌道支撐機構(gòu)設(shè)計單軌車的軌道支撐機構(gòu)位于軌道與地面之間，起

54、到支撐軌道、穩(wěn)定軌道的作用。軌道的支撐機構(gòu)主要是由支撐立桿和支撐斜桿構(gòu)成。4.3.1 軌道支撐裝置的特點中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計22針對山林地運輸?shù)奶攸c，軌道式運輸車為一甚佳的運輸交通工具。本文設(shè)計的專用單軌車是一種非常便利的單軌運輸設(shè)備，最大的特點就是單軌車的軌道鋪設(shè)非?？旖荼憷皇艿匦蜗拗?，可以到達任何能夠鋪設(shè)軌道的地方。單軌車的軌道在架設(shè)時，每個支撐點有兩個或者三個圓型鋼管支撐，其中直立鋼管起主要支撐作用，稱為支撐桿，其上和軌道相連接，其下與直徑 80mm 的止沉盤相連。立桿旁有一個或兩個圓管，稱為斜桿，其上與直桿用絲扣鉸接，其下與一個 80mm 的止沉盤鉸

55、接，保證軌道在受載時不發(fā)生下沉和偏移。根據(jù)上述軌道的假設(shè)特點，單軌車的軌道在架設(shè)時并不會妨礙植被的生長，和傳統(tǒng)的搬運車輛相比，無需辟地筑路，因此不會造成地面破壞，也不需要占用更多的林地面積。單軌車和索道相比，軌道鋪設(shè)費用較低，走向靈活，而索道卻只能做定點運輸，且架設(shè)費用較高，維修困難且成本高。4.3.2 軌道支撐立桿與斜桿長度設(shè)計根據(jù)單軌車軌道的鋪設(shè)要求，在保證單軌車運行安全的情況下，鋪設(shè)軌道時使軌道和地面之間保持一定的距離，以保護地面不被破壞。根據(jù)已有的國外單軌車軌道鋪設(shè)經(jīng)驗，保證運行的單軌車和地面之間保持 300-500mm 的距離，考慮單軌車軌道樁基的承載力與樁長的關(guān)系，因此設(shè)計中取支撐

56、立桿的長度為 1500mm，鋼管為熱軋無縫鋼管，直徑取 32mm，壁厚為 5mm，材料為 Q235 碳素結(jié)構(gòu)鋼，其許用擠壓強度應力為ssb=235MPa，材料的許用剪切強度應力t=110MPa，正常運行情況，斜桿受壓，立桿主要受扭轉(zhuǎn)載荷和壓力載荷，則如果正常運行情況下應該滿足以下擠壓和彎曲強度條件：S=F/(p(0.016一 0.011)=6050/(p(0.0 一 62 一 0.011)=14.265MPa=ssbt=w/(P(0.016一 0.011)=6050*0.041/(P(0.016一 0.011)=o.58MPa=t (4-12)從上面的校核中可以看出，立桿和斜桿都滿足要求，在有

57、橫向載荷作用情況下，由于斜支撐桿兩側(cè)受力都能滿足要求，因此同樣可以保證單軌車運行的安全可靠性。4.3.3 軌道支撐立桿與斜桿安裝設(shè)計支撐立桿是支撐機構(gòu)的主要受載構(gòu)件之一，單軌車在軌道上運行時，載荷主要由支撐立桿承載。單軌車的支撐架固定在軌道的一側(cè)，支撐斜桿起到固定支撐立桿的作用。只有在軌道受到橫向載荷時，支撐斜桿才一作為主要受載構(gòu)件之一，主要承受橫向載荷帶來的壓力。如果不考慮單軌車的振顫和轉(zhuǎn)彎時慣性力的影響，則安裝一個斜支撐桿就可以滿足受載要求。但單軌車在運行中往往會因為振顫和受到外部橫向載荷的作用，比如運動過程中重心的改變，轉(zhuǎn)彎時產(chǎn)生的橫向離心力，這種情況下斜支撐桿 1 有可能承受受拉載荷，

58、由于止沉盤的下端是靠釘入地面下面的鋼管固定的，因此可以承受較大的壓力載荷，而承受拉力載荷時安全性就難以保證，因此這時候如果在另一側(cè)布置一個斜支撐桿 2 就可以避免這種情況的發(fā)生。此外，由于單軌車的軌道在鋪設(shè)時是由若干節(jié)長度為 3.5m 的軌道連接而成，因此為了避免單軌車軌道的變形失效，每個支撐裝置都應該安裝在軌道的對接部位附近，支撐立桿和軌道之間依靠螺栓連接，為了保證連接的可靠性，支撐立桿和軌道的連接部位外面固定一個套筒，增加連接的剛中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第四章 專用單軌車軌道設(shè)計23度，套筒和立桿之間依靠螺釘定位。支撐斜桿的作用主要是防止軌道發(fā)生傾斜，當單軌車受到外力作用而發(fā)生擾動時，裝

59、載后發(fā)生重心偏移，或者在單軌車行駛中轉(zhuǎn)彎受到橫向慣性力作用時，都可能導致單軌車的重心發(fā)生擾動致使軌道受到橫向載荷，從而會使軌道發(fā)生傾斜。支撐斜桿的安裝可以避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，從而保證單軌車運行的安全性。由于單軌車向兩側(cè)傾斜的力都有可能存在(正常情況下斜桿 1 的受壓載荷多一些)，因此實際軌道鋪設(shè)時常采用兩個斜支撐桿和一個斜支撐桿交替安裝，這樣既可以保證單軌車運行的安全性，又可以降低單軌車軌道的鋪設(shè)成本。支撐斜桿不直接和軌道連接，而是用絲扣和支撐立桿相連接。這主要是考慮到懸掛式單軌車的行走部在軌道下方要有足夠的空間，如果直接和軌道連接就容易和行走部分發(fā)生碰撞，這是支撐斜桿安裝設(shè)計中要考慮的重要因

60、素。144.4 軌道連接設(shè)計根據(jù)單軌車軌道的特點，設(shè)計中采用許多節(jié)軌道相互連接形成整個軌道。由上面的設(shè)計可以知道，每節(jié)軌道的長度為 L=3500mm，因此每節(jié)軌道就需要通過合理的連接方式進行連接。為了保證單軌車運行的安全性和軌道鋪設(shè)方便性，設(shè)計中每相鄰的兩節(jié)軌道之間依靠內(nèi)嵌連接鋼套和螺栓連接，由上面軌道支撐裝置的設(shè)計中可以知道，考慮到單軌車運行的安全性和穩(wěn)定性，在每個軌道的連接點附近都設(shè)軌道支撐點，每節(jié)軌道連接處通過內(nèi)嵌連接鋼套和螺栓把軌道 1 和軌道 2 連接在一起，軌道和支撐立桿通過 U 型件用螺栓連接在一起。根據(jù)受載要求支撐點之間的跨距定為 l=1500mm。中國農(nóng)業(yè)大學學士學位論文 第