装载机外置式落物保护结构仿真分析及试验研究.pdfVIP

学兔兔 试验-研究 TestandReasearch 装载机外置式落物保护结构 仿真分析及试验研究 刘志鹏 龙工(上海)机械制造有限公司 摘 要 I以CDM856E型装载机驾驶室外置式落物保护结构为例，建立落物保护结构(FOPS)的非线性有限元分析模型，模 拟落物的动态冲击过程，分析 FOPS的变形过程。依据国际标准，对设计的FOPS开展落物冲击性能试验，实物试验数据与 仿真结果基本一致 ，验证了非线性有限元方法的正确性及可行性 ，避免了实物的反复试验验证。相关设计 、试验方法可为 FOPS的设计及试验验证提供参考。 关键词：装载机；落物保护结构；非线性；有限元分析 装载机是一种多功能的工程机械，广泛应用于道路 CDM856E型装载机驾驶室外置式落物保护结构为研究 建设、建筑施工、能源开发、工程建设及矿山开采等领域 ， 对象，模拟落物的动态冲击过程 ，对 FOPS的位移、应力 由于装载机所处工作环境复杂，山崖、边坡、涵洞滚落的 等进行研究，并通过实物试验，对仿真结果与试验结果进 石块会对其驾驶室造成冲击，严重威胁驾驶员生命及设 行对比分析，结果表明，试验数据与仿真数据基本一致。 备财产安全。因此，发达国家强制要求装载机配备符合国 相关设计、试验方法可为FOPS的设计及试验验证提供 际安全标准要求的落物保护结构(Falling一0bjectpr~ecfive 参考，避免FOPS设计阶段出现缺陷和不足 ，同时可大大 structures，FOPS)。传统开发模式下设计的装载机FOPS需 缩短新产品开发周期，降低试验验证费用。 要经过多次实物试验，并不断优化产品结构才能达到相 关标准要求。 1 国际标准对落物保护结构的性能要求 本文基于ANSYS软件的非线性有限元分析模块，以 依据国际标准 ISO3164：1995及 ISO3449：2005的 作者简介：刘志鹏(1981一)，男，江西赣州人，工程师，硕士，研究方向：装载机设计。 18I工稚缸械l20163· 学兔兔 和械 第47卷 I第3期 总第 509期 规定，无论装载机质量大小，FOPS应至少能够承受由落 工作服，头戴安全帽，坐姿高大男性司机的垂直投影近似 物产生的11600j的冲击能量，且不被击穿。评定FOPS 值。DLV用来限制FOPS所允许的最大变形量。FOPS在落 抗冲击性能的标准是在落锤的初次及以后的冲击下， 锤冲击作用下，产生的最大变形不允许侵入DLV区域，否 FOPS任何构件的动态变形均不能侵入挠曲极限量(De- 则结构失效。 flection—LimitingVolume，DLV)，且不能被落锤击穿。在进 (2)标准的圆柱体落锤结构如图1所示，也可根据实 行落物冲击试验时应遵循下列规定： 际情况选用非标准落锤，但需满足冲击能量要求。 (1)FOPS试验时的挠曲极限量(DLV)是一个穿普通 口 =25526O l=583—585 图1 标准圆柱落锤 (3)落锤的冲击中心应位于FOPS产生最大变形且最 强筋构成。FOPS顶棚的顶板具有一定厚度，优选8ITLrn 接近DLV的区域。 厚钢板；为了加强落物冲击区域的结构强度 ，在 DLV区 (4)落锤的小端在冲击的瞬间必须完全落在半径200ram