挖掘机驾驶室ROPS&FOPS性能仿真与试验分析

朱立源,肖昊苏,陈新文

(扬州大学 机械工程学院，江苏 扬州 225009)

0 引言

为了避免挖掘机在恶劣工作环境下发生事故对驾驶员造成二次伤害，需要在驾驶室安装滚翻保护装置及落物保护机构(ROPS&FOPS)[1]，通过建立挖掘机驾驶室ROPS&FOPS装置的有限元模型，对其进行安全性分析，找到其刚度不足的地方并加以改进，从而提高挖掘机驾驶室的安全性能[2]。

本文根据国标要求[3，4]，运用LS-DYNA对某公司ET66型挖掘机驾驶室ROPS&FOPS装置进行了模拟仿真，对其力学性能进行评价，得出了载荷与位移仿真关系曲线。并根据国标要求进行了挖掘机驾驶室性能试验验证，得到其载荷与位移关系曲线,可为后续开展驾驶室多目标结构轻量化优化设计工作提供依据[5，6]。

1 ROPS&FOPS有限元仿真模型建立

1.1 挖掘机驾驶室性能检测指标

ET66型挖掘机的质量为8 000 kg，依据国家标准GB/T 19932-2005、GB/T19930.2-2014规定，挖掘机驾驶室ROPS&FOPS的检测指标如表1所示。

表1 挖掘机驾驶室ROPS&FOPS检测指标

判定ROPS&FOPS合格的依据就是在规定的载荷或吸收能量下任何部位不能侵入挠曲极限量DLV(Deflection-Limiting Volume)[7]区域。该挖掘机驾驶室的DLV与ROPS&FOPS的相对位置如图1所示。

图1 驾驶室 DLV与ROPS&FOPS的相对位置

1.2 有限元网格划分

通过Hyperworks软件对该挖掘机驾驶室进行有限元网格划分，其中前保护网、顶保护网、底架及加载器等采用六面体单元模拟，立柱及围板等其他受到屈服应力的构件均采用壳单元模拟，焊接与螺栓连接采用rigid单元模拟。最终建立的ROPS&FOPS有限元网格模型中共1 065 944个单元，其中壳单元699 333个，六面体单元359 099个，rigid单元7 512个，网格平均尺寸为5 mm。……