滑移装载机翻车保护结构性能仿真与验证

刘巧珍，周良稷，汪琰，申硕

(江苏柳工机械有限公司，江苏 镇江212005)

    针对滑移装载机驾驶室翻车保护结构（ROPS）的破坏性试验费用高、进度慢的问题，提出使用ANSYS非线性有限元分析法，依据ISO3471标准对ROPS性能试验进行模拟仿真，将仿真数据与试验结果进行对比分析，验证了仿真方法的有效性。

    驾驶室翻车保护结构（ROPS）的作用是如果机器翻车时，使系安全带坐着的司机减少被挤伤的可能性。滑移装载机是一种小型多功能机械，在世界范围内尤其是欧美等发达国家应用普遍，出口到欧盟和美国等的滑移装载机要求配置符合ISO3471［1］标准的ROPS。  驾驶室ROPS试验是破坏性试验，如果试验不成功,需要修改设计重新验证。为节约成本、加快设计进度，本文介绍了利用ANSYS非线性有限元分析法，根据ISO3471的试验规定，对某型滑移装载机驾驶室进行ROPS仿真分析，通过试验验证方法的有效性。

1ROPS性能仿真

1.1仿真模型

    驾驶室ROPS在变形过程中材料先后经历弹性变形、弹塑性变形和塑性变形3个阶段［2］.模拟仿真是大型的结构大变形、材料非线性和几何非线性有限元分析，对模型要求高，计算时间长，因此需要对结构加以简化，去除防护蒙皮和不重要的孔。主要的梁、薄板采用壳单元模拟，底座采用体单元模拟，简化后的有限元模型有53 194个壳单元，1 252个体单元，单元网格模型如图1所示。

    该驾驶室ROPS的梁、加强筋和薄板均用Q235A，采用多线性弹塑性模型来描述Q235A的特性曲线，其弹性模量E=2.06E+5MPa，泊松比=0.27，密度=7.8E-6kg/mm3，连接螺栓采用三维弹塑性梁单元模拟。

1.2载荷及边界条件

    该型滑移装载机的整机质量m=3 900kg，根据ISO3471标准，各项载荷指标如下。

    最小侧向载荷：

    FL=6m=23 400N

    最小侧向吸能：

    UL=12 500（m/10 000）1.25＝3 852J

    垂直载荷：

    Fv＝19.61m＝76 479 N

    纵向载荷：

    Fz=4.8m=18 720N

    该驾驶室和车架底座通过螺栓连接方式刚性连接，和车架侧翼通过销轴铰接连接，连接示意图如图2所示。通过该种连接方式解除底部的连接螺栓，便可在气弹簧的辅助作用下将驾驶室轻松抬起，以便于维修保养。仿真分析时螺栓连接处添加的约束为：固定底座安装孔内节点X，Y，Z方向自由度。销轴连接可旋转铰接处通过建立局部圆柱坐标系添加的约束为：固定安装孔内节点的R方向自由度。加载区域按照标准ISO3471添加。

2ROPS试验验证

    按照标准ISO3471对土方机械翻车保护结构的实验室试验和性能要求进行ROPS试验，为消除非结构件对试验结果的影响，将驾驶室窗、门和其他非结构件拆掉。试验时将ROPS总成按照实际......

作者简介：刘巧珍（1983—），女，江苏徐州人，江苏柳工机械有限公司设计师，硕士，主要研究方向为工程机械设计。

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