1.绪论
挖掘装载机驾驶室的ROPS是用螺栓将四个橡胶减震垫和支座装配在车架上。橡胶垫在整体结构中以弹簧结构对待，由于连接螺栓的存在，使得ROPS与车架连接的部位转动自由度被限制，因此，可认为ROPS通过橡胶减振装置与车架连接时，被限制了两个移动和两个转动自由度。在仿真中，将橡胶减振装置简化为弹簧和螺栓是合适的，通过调整螺栓的预紧力，可以调整橡胶垫的刚度，从而对ROPS的变形和承载能力产生影响。分析时在橡胶垫处施加约束。CLGA系列挖掘装载机的整车质量为8800kg，表4.1所示为标准要求的每个性能要求。按照ISO3471:2008 的规定，先对挖掘装载机驾驶室的ROPS 侧向施加载荷，在对其实施侧向加载的过程中，从开始加载到最后结束经历了三个变形阶段：
(1) 弹性变形阶段
在开始施加侧向载荷的一段时期，驾驶室ROPS 发生的全都是弹性变形，其任何点所受到的应力值都没有达到使其材料屈服的极限值，此阶段也叫做弹性变形阶段。
(2) 弹塑性变形阶段
当试验加载的力的逐步增加，先出现最大应力的位置，应力值便逐步达到了屈服极限值，随之开始出现塑性变形，继续加力，最后整个面的应力值都到达材料的屈服极限值，此截面便产生塑性铰，此铰既能够自由的转动，而又能够承受截面的弯矩。随着载荷继续的增加，其余产生应力大的截面开始出现塑性铰。随着出现的塑性铰的数量的不断增多，便开始产生了塑性机构，它便不能再继续承载了。此阶段也被称为弹塑性变形阶段,此阶段结构能承受的最大载荷就是塑性极限载荷。
(3) 塑性机构变形阶段。
塑性机构产生之后驾驶室ROPS 便不能在继续承受载了，用一般的设计标准来衡量已经失效了，但就驾驶室ROPS 而言，它并没失效，主要是观察其结构的任一部位是否侵入DLV 来判断。一般来说产生塑性机构之后，驾驶室ROPS 依然能够继续发生变形，进一步吸收能量，直到使驾驶室ROPS 的变形部位或模拟地平面侵入DLV 空间。
目前现对驾驶室ROPS 的各项性能指标进行试验的主要方法有静载荷试验和实物滚翻试验两种。实物翻滚试验的过程是用装配有驾驶室ROPS 的机器在实验要求的坡上进行翻滚，并且用高速摄录机拍下机器翻滚的每一个步骤，在屏幕上通过细致的察看回放和测量实物的变形量以及受力情况，经过仔细的分析来得出想要的结果。此实物滚翻试验不但需要有足够大的试验场地，而且为了得到比较准确的答案，需要使用多辆机器进行试验，这样导致试验成本非常大，目前一般的生产厂家都不会采用。最新的国际标准对驾驶室ROPS 性能要求的试验方法是用加载静载荷测试来替代实际滚翻的受力情况，通过用一系列的实验设备对驾驶室ROPS 进行侧向、垂直和纵向三个方向的加载试验，测试其结构是否满足受力和吸收能量的要求。这种试验仅要求提供ROPS 和车架等部件，这样试验的成本比较低，所以此方法受到世界上大部分生产厂家的欢迎和使用。本文以本公司开发生产的CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室的ROPS 进行试验研究。本文是以CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室的ROPS 作为研究对象，设计开发了敞篷驾驶室的ROPS，并创建了其有限元模型，同时根据国际标准ISO3471（2008）要求计算了三种方向的载荷条件和最小能量吸收要求，对最初设计的结构进行了非线性仿真分析，随后依据标准要求的三个方向的载荷分析的情况对ROPS 的结构提出了改进建议，并将优化后的结构进行了应力分析、能量吸收能力分析和变形分析，随后将此结构做了实物试验，并且将分析和试验的结果作了对比分析，验证仿真分析结果的有效性。本文的主要研究内容如下：在之前成功和失败的经验基础上，设计了挖掘装载机敞篷驾驶室的ROPS，并对此结构进行了侧向、垂直、纵向承载能力的分析，结合实际情况将结构进行了改进设计。 利用有限元软件HYPERMESH建立了CLGA系列挖掘装载机敞篷驾驶室的ROPS的有限元模型，然后用ANSYS 有限元软件对两次设计的进行CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室的ROPS 的各种工况进行详细的计算机仿真分析，并对结论进行分析。对CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室的ROPS 做了实物试验，并且将分析和试验的结果作了对比分析，以验证所建有限元模型及有限元分析的结果是否有效。
第三章 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS...............16
有限元模型的建立.........................................16
3.1 有限元法概述............................... 16
3.2 非线性问题分析..................................................... 17
3.3 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS 有限元模型的建立............ 18
第四章 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS 的有限元分析..............23
4.1 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室初始ROPS 的计算机分析过程…… 23
4.1.1 标准对挖掘装载机驾驶室ROPS 的规定........................ 23
4.1.2 施加的约束和载荷要求....................................................... 25
4.1.3 ROPS 的最小侧向承载能力分析过程........................................ 26
4.1.4 最小侧向能量吸收能力................................ 29
4.2 ROPS 优化后的非线性有限元分析..... 32
4.3 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS 有限元分析结论...................... 40
4.4 改进思路............................................................................................ 40
4.5 小结....................................................................................... 41
第五章 CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS 试验......................................42
5.1 试验概述.......................................................................... 42
5.2 试验应满足的性能要求....................................................................... 42
5.3 试验目的......................................................................................... 43
5.4 试验加载程序................................................................................. 43
总结
驾驶室ROPS 证书是当今国际上发达国家规定工程机械必须获得的。本文对江苏柳工机械股份有限公司的CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS 进行了设计，并对其进行了计算机仿真分析和试验的研究，取得的成果如下：
(1) 依据之前设计的驾驶室ROPS 的成功与失败的经验，设计了一款挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS，并经过优化最终成功通过试验验证获得证书。
(2) 依据弹塑性力学理论，应用HyperMesh 有限元软件对CLGA 系列挖掘装载机敞篷驾驶室ROPS 进行了有限元建模，并用有限元分析软件ANSYS对其ROPS 结构进行了各种工况的性能分析。
(3) 根据有限元分析结果，找到了驾驶室ROPS 初始结构的薄弱环节，并结合实际情况进行了改进并再次分析了改进后的骨架，从分析结果来看改进后的驾驶室ROPS 达到国际标准ISO3471:2008 对驾驶室ROPS 的性能规定。
按照ISO3471:2008 的规定，对江苏柳工机械股份有限公司生产的CLGA 系列挖
掘装载机敞篷驾驶室ROPS 进行了性能试验研究，科学地论证了驾驶室ROPS 结构的
合格性，并将计算机仿真分析结果和试验结果作了对比，对比分析结果说明运用有限元仿真分析技术对驾驶室ROPS 先进行计算机仿真分析，可以得到驾驶室ROPS的破坏模式和总体影响规律，计算出结构的应力应变、极限承载能力、变形量和吸收能量值等参数，对工程机械驾驶室的设计与改进并使其顺利通过试验并获得证书具有一定的理论指导意义。
对于工程机械安全性研究领域来说，翻车保护的研究是最主要的课题，对于我国工程机械的出口有很大的影响。由于驾驶室ROPS 在滚翻时的结构变形和吸收能量的过程比较复杂，目前公司对其结构的理论分析和实际情况还有一定的差距，因此对驾驶室ROPS 的研究要不断的进行。
参考文献
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