基于ansys挖掘机驾驶室防倾翻安全性能研究

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1、基于ANSYS挖掘机驾驶室防倾翻安全性能研究摘要：文章对挖掘机驾驶室防倾翻结构（ROPS）进行了有限元力学分析。首先建立了挖掘机驾驶室的有限元模型，然后分别对该模型进行了侧向力、纵向力和垂直方向力的仿真分析，得到了该模型的位移、应力云图，从而判断挖掘机驾驶室是否满足安全性能要求。关键词：挖掘机驾驶室；翻倾；有限元；仿真引言挖掘机在工程施工中有着极其广泛的应用，但挖掘机在恶劣条件下作业，发生翻倾事故较多，严重威胁驾驶员的生命安全，所以对挖掘机驾驶室进行安全性能分析具有重要的意义。文章对挖掘机的防倾翻结构（ROPS）进行了有限元建模，并分别对该模型进行了侧向力、纵向力和垂

2、直方向力的有限元分析，得到了该模型的位移、应力云图的分析结果。1挖掘机驾驶室安全性能要求驾驶室安全性能判断的标准：驾驶室ROPS的变形不得超过材料的断裂极限，同时驾驶室ROPS结构不得侵入挠曲极限量DLVo1.1翻倾保护结构ROPS翻倾保护结构（Roll-OverProtectiveStructures）是安装在工程机械上或者驾驶室本身的骨架结构，其作用是在挖掘机发生倾翻时可以保护驾驶员的生命安全。1.2挠曲极限量DLV挠曲极限量(Deflection-LimitingVolume)是根据驾驶员的尺寸和坐姿而定义的位置，它不允许驾驶室结构发生倾翻或落物冲击事故时，驾驶

3、室变形侵入了人体位置，是衡量驾驶室是否安全的一个参考标准。驾驶员DLV与驾驶室的相对位置如图1所示。图1DLV与驾驶室的相对位置1.3翻车保护的性能要求翻倾保护结构的安全标准的评判是由驾驶室或者保护结构的承载特性所决定的。加载包括侧向加载、纵向加载和垂直方向力加载，它们的性能要求如表1所示，文章所分析的挖掘机质量为8000kgo表1驾驶室加载力的公式2挖掘机驾驶室有限元分析2.1驾驶室有限元建模对于驾驶室ROPS采用梁单元Beaml89来建模，对于截面复杂的型钢，可以采用自定义截面来设定。文章划分的挖掘机驾驶室ROPS的单元模型如图2所示。2.2驾驶室承载性能有限元分

4、析文章分析挖掘机驾驶室ROPS模型的受力，来仿真模拟分析局部受力屈服情况，包括：侧向承载力分析、纵向承载力分析、垂直承载力分析。1.2.1侧向承载能力分析最小侧向承载力：(1)约束和加载位置由于在实际模型中，驾驶室的底端的支柱是连接在驾驶室的底板上，所以在模拟仿真约束时，约束驾驶室支柱下端的全部自由度。约束加载后的模型如图3所示。(2)侧向力仿真结果驾驶室ROPS的侧向力加载仿真分析的位移、应力结果分别如图4、图5所示。由图4、图5可知发生的最大位移为17.902mm,最大应力为4lOMPa,发生位移最大的位置在加载力的中心，应力最大位置在支架与横梁交接处。材料Q23

5、5的屈服极限为235MPa,断裂极限为460MPa,驾驶室ROPS结构没有发生屈服且也没有侵入人体挠曲极限DLV,所以该驾驶室ROPS结构纵向力承载满足性能要求。图4侧力加载位移图图5侧力加载应力图2.2.2纵向承载能力分析最小纵向承载力：(1)约束和加载位置驾驶室受到纵向载荷作用时，约束的情况和侧向加载一样。约束加载后的模型如图6所示。（2）纵向力仿真结果驾驶室ROPS的纵向力加载仿真分析的位移、应力结果分别如图7、图8所示。由图7、图8所示，可知发生的最大位移为9.459mm,最大应力为257MPa,发生位移最大的位置在加载力的中心，应力最大位置在支架与横梁交接处

6、。驾驶室ROPS结构没有发生屈服且也没有侵入人体挠曲极限DLV,所以该驾驶室ROPS结构纵向力承载满足性能要求。图7纵向力加载位移图图8纵向力加载应力图2.2.3垂直方向承载能力分析F垂直=19.61M=19.61X8000=156800N（1）约束和加载位置驾驶室受到垂直方向载荷作用时，约束的情况和侧向加载一样。约束加载后的模型如图9所示。（2）垂直方向力仿真结果驾驶室ROPS的垂直方向力加载仿真分析的位移、应力结果分别如图10、图11所示。由图10、图11所示，可知发生的最大位移为2.95mm,最大应力为204MPa,发生位移最大的位置在加载力的中心，应力最大位置

7、在支架与横梁交接处。驾驶室ROPS结构没有发生断裂且也没有侵入人体挠曲极限DLV,所以该驾驶室ROPS结构垂直方向承载力满足性能要求。图10垂直方向力加载位移图图11垂直方向力加载应力图3结束语采用有限元方法对挖掘机驾驶室分别进行了侧向力、纵向力和垂直方向力的仿真分析，分析结果表明该挖掘机驾驶室都没有发生断裂且也没有侵入人体挠曲极限DLV,满足了安全性能要求。参考文献[1]宋明龙•挖掘机驾驶室安全性能分析及机构改进[C].中南大学，2009.[2]黄芬，张招春，高建峰，等•挖掘机驾驶室防护装置强度有限元分析[J].科学技术与工程长沙，2011[3]王