碳纤维增强挖掘机驾驶室ROPS性能研究

发布时间：2020-07-11 08:42

【摘要】：挖掘机是现代化建设过程中的重要工具,由于其工作环境复杂、行驶路况恶劣、承载运行时整车的稳定性下降等原因,翻车事故时有发生。它本身的质量较大,翻车时对驾驶员造成的致命伤害率极高。而翻车保护装置(ROPS)是安装在工程车辆驾驶室外,用于翻车时减少驾驶员被挤伤的可能性的安全装置,其性能指标的好坏直接关系到驾驶员的生命安全。由于现代化建设对施工安全性的要求越来越高,如何改进驾驶室ROPS结构,使之更好的保障驾驶员的人身安全,已经成为国内外研究的重点。对于本文的研究对象某型号液压挖掘机驾驶室的ROPS结构,先用PRO/E建立驾驶室ROPS的三维模型,对其进行适当的简化;然后导入Hypermesh中进行前处理,并画好网格;再利用ABAQUS对所建立的驾驶室ROPS有限元模型进行仿真分析,并且进行了试验验证。根据仿真分析结果和试验结果,提出了能提高ROPS性能的优化设计方案。挖掘机驾驶室ROPS结构需要在保持强度的同时具有足够的变形,从而吸收冲击能量,以满足国际标准的要求。复合材料以其比强度高、抗断裂能力强、塑性变形小等优点,能够有效调节驾驶室钢结构的变形能力,可更好的保障驾驶员的人身安全。此外,复合材料还有一定的抗腐蚀性,能有效提高挖掘机驾驶室的抗腐蚀能力。本文以某型号液压挖掘机驾驶室的ROPS结构为研究对象,结合非线性有限元理论,研究驾驶室立柱板厚度、是否贴附复合材料、复合材料的厚度以及复合材料的铺层角度对ROPS有限元仿真结果的影响。参考ROPS认证试验要求,对上述不同影响因素进行仿真分析,得到各个不同方案的仿真结果,并与原驾驶室ROPS进行对比分析,结果表明贴附复合材料可以提高驾驶室的安全性能。研究成果可以适用于各类ROPS结构,对于提高驾驶室安全性能和整机轻量化方面具有良好的研究价值。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU621
【图文】：

安全事故,挖掘机

第 1 章绪论题研究背景及意义程机械是装备工业的重要组成部分。总的来说，把各种建筑工程所需械化施工工程所必需的机械装备，称为工程机械。它主要用于各种工境保护等领域，给人们的生活带来了无限的便利[1]。国家“七五”规程机械的十八大类产品，包括挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机辆和压实机械等[2-3]。其中挖掘机的用途比较广泛，可以用来进行挖还可以进行土地平整、修坡、吊装、破碎、拆迁、开沟等工作，所以机、装载机、起重机等的功能，从而得到更广泛的应用。着社会的发展，大规模基础建设的拉动，挖掘机的使用越来越频繁。用过程中，遇到一些工作环境复杂和行驶路况恶劣的地方，挖掘机运性就会下降。这就会导致翻车事故时有发生[4-5]。它本身的质量较大驾驶员造成的致命伤害率极高，挖掘机的安全事故如图 1-1 所示。

安全保护结构,驾驶室,独立式

一定的能量吸收能力，必须到达标准的要求只要到达这两个要求，基本就能保证驾驶员的人身安全[8-9]。ROPS 是安装在工程机械驾驶室上，在工程机械发生翻车事故时，用来保护驾驶员人身安全的一套被动保护装置。工程机械的驾驶室安全保护结构基本都是由型钢及板材焊接而成的钢架结构，常见的结构形式主要有滚杆式、两柱式、多柱式，一般有将其分为独立式安全保护结构和一体式安全保护结构。其中独立式安全保护结构是安装在驾驶室外面，通过限位螺栓与车架连接，如图 1-2 所示，该结构的优点是拆卸和安装都十分方便，因为有些工程车辆在工作坏境比较好的情况下，是不会发生事故的，因此也不需要安装 ROPS 结构，可以节约成本。另外一种是一体式安全保护结构，工程车辆驾驶室的基本框架就是工程车辆驾驶室ROPS 的框架，如图 1-3 所示，该结构的优点是 ROPS 本身作为驾驶室骨架，在工程机械发生翻车事故时能更好的保证驾驶员的安全，同时，没有其他构件遮挡，可以为驾驶员提供更广阔的视野[10]。

安全保护结构,驾驶室

【参考文献】