基于SolidWorks的过山车轨道三维建模仿真

0 引言

    目前，过山车已是游乐园中一项必备的游乐设施，因其惊险和刺激，深受年轻人的喜爱。在游乐园中过山车成为一项必玩的游乐项目。但是有人已经开始对我国现有的过山车感到不满足，原因在于国内的过山车大多是重复或模仿国外的过山车，各游乐场的过山车都大同小异，因此，降低了人们的兴趣。为此，各过山车制造厂商纷纷加大投入，设计制造更加新鲜刺激的过山车来吸引消费者。

    在过山车的设计开发中，设计师们越来越多的运用虚拟样机技术对过山车进行虚拟建模，并以此模型进行动态仿真，以达到降低生产成本、缩短研发周期、提高安全性能的目的。然而，虚拟样机技术在过山车的研发过程中遇到种种难题，首先是如何准确地对过山车轨道进行三维建模，之所以非常困难，原因在于过山车轨道要完成俯冲、翻转、螺旋前进等一系列动作，而这些都是非常复杂的空间曲线运动，很难在电脑的三维软件中准确实现。如果不能准确绘制出过山车轨道的三维模型，那么之后对过山车进行的运动学和动力学分析也不可能准确，这样设计出的过山车无法保证其安全性，会威胁到游客的生命安全。因此，在进行动态仿真之前，必须建立准确的过山车轨道模型。

1 过山车及其设计方法简介

    过山车又称为云霄飞车，是一种机动游乐设施，一个基本的过山车构造中，包含了爬升、滑落、倒转。大部分过山车的每节车厢可容纳2人、4人或6人，这些车厢利用勾子相互连结起来，就像火车一样。从最基本层面来看，过山车就是一部利用重力和惯性使列车沿蜿蜒的轨道行进的机器。

    过山车从20世纪80年代初开始进入中国，我国过山车制造业仅有30多年的历史，与世界先进过山车相比，存在较大差距。因此，我国过山车的研究和发展具有相当大的空间和前景。过山车的发展取决于其安全性能，但是，安全问题一直是一个困扰着设计人员的难题。

    目前，过山车的常规设计方法是：1)在电脑或图纸上设计出过山车的各个零部件及其之间的装配；2)将设计好的过山车制造成实物样机；3)将制造好的实物样机在不同的实验条件下（如不同的风速和载荷）进行反复的实验，检测过山车运行的状况是否良好。如果遇上重大改动，必须重新设计和制造实物样机，重新进行试验。由此可以看出，如果用常规方法设计过山车，设计周期长、成本高，更为重要的是过山车的安全还是无法得到控制和保证。

2 基于SolidWorks的过山车轨道模型的三维设计方法