[发明专利]一种ROPS骨架中横梁优化设计方法及工程机械驾驶室

说明书

本发明公开了一种ROPS骨架中横梁优化设计方法及工程机械驾驶室，设计方法包括：通过解析门架式超静定结构力学模型中横梁高度尺寸对立柱上的两个弯矩分配关系的影响，求解立柱上最大弯矩最小时的中横梁高度尺寸，获得中横梁最优高度尺寸关系式；通过解析中横梁和立柱同时进入塑性变形区的设计目标，得到中横梁型材截面参数设计关系式，并使用关系式指导ROPS骨架结构和型材选型，以提升ROPS骨架设计质量。

技术领域

本发明属于工程机械驾驶室技术领域，涉及一种ROPS骨架中横梁优化设计方法及工程机械驾驶室。

背景技术

工程机械工作环境恶劣，滚翻保护结构ROPS骨架已经成为驾驶室标准配置。试验要求ROPS骨架需满足侧向、垂直和纵向载荷及侧向载荷能量的加载要求。侧向加载时，驾驶室处于弹塑性变形状态，骨架在弯矩最大或结构薄弱处出现塑性铰，塑性铰实现了骨架的侧向大幅度变形位移，利于侧向冲击载荷能量的吸收。

中横梁能够增加塑性铰的数量，大幅提升ROPS骨架的承载能力，但是各主机厂的中横梁高度尺寸及截面尺寸设计各异。传统的设计方法是设计人员依据经验数据搭建ROPS骨架，然后根据仿真分析进行结构优化，存在设计人员经验不足及设计周期长的问题，亟需一种便捷的优化设计方法。发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种ROPS骨架中横梁优化设计方法及工程机械驾驶室。

本发明给出ROPS骨架中横梁高度布置位置的设计方法，同时给出ROPS骨架中横梁和立柱截面惯性矩最优比值关系的设计方法；实现ROPS骨架轻量化设计。

本发明通过分析ROPS试验加载特点，给出优化ROPS骨架结构形式。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，提供一种中轴对称ROPS骨架，包括立柱、横梁、纵梁、中横梁；

其中所述立柱包括A柱、B柱、D柱；横梁包括顶横梁和底横梁；纵梁包括顶纵梁和底纵梁；

两个A柱通过第一顶横梁和第一底横梁连接构成封闭矩形A环；

两个B柱通过第二顶横梁和第二底横梁连接构成封闭矩形B环；

两个D柱通过第三顶横梁和第三底横梁连接构成封闭矩形D环；所述中横梁的两端分别连接两个D柱中部内侧，所述第三顶横梁、中横梁和第三底横梁平行设置；

A环与B环对应的四角位置通过第一顶纵梁和第一底纵梁连接，B环与D环对应的四角位置通过第二顶纵梁和第二底纵梁连接，构成封闭空间框架结构。

在一些实施例中，中横梁高度尺寸Ld和D柱长度尺寸L的比值为n₁，n₁的取值为0.45～0.55。

在一些实施例中，中横梁与D柱的截面惯性矩比值为n₂，n₂的取值为1.15～1.45。

第二方面，提供所述的中轴对称ROPS骨架中横梁优化设计方法，包括：

S1创建力学模型：根据ROPS骨架结构，提取中横梁的长度尺寸W、立柱的长度尺寸L及中横梁的高度尺寸L_d，形成门架式超静定结构力学模型；

S2选定设计参数：根据ROPS试验数据分析得到中横梁高度尺寸L_d能够影响ROPS侧向承载能力，选定中横梁高度尺寸L_d作为ROPS骨架结构的设计参数；根据型材截面惯性矩I是决定力学模型中弯矩分布的关键因子，选定型材截面惯性矩I作为型材的设计参数；