[发明专利]具有新型翻车保护结构的工程车辆驾驶室及动态设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程车辆安全驾驶室研究领域，具体说是一种具有新型翻车保护结构的工程车辆驾驶室及其动态设计方法。

背景技术

工程车辆属于非公路车辆，由于其自身质量大、工作环境恶劣，工作场地有限，行驶路面复杂多变，加上承载运行时整车的稳定性下降等因素，翻车事故难以避免。工程车辆一旦发生翻车事故，就会造成严重的人身伤害，甚至死亡。为了降低事故发生后造成的生命财产损失，最为有效的方法是采取被动安全保护措施，即在车辆上加装可提供一定安全保护的翻车保护结构(Roll-over protective structure，简称ROPS)。

考虑ROPS在工程车辆动态滚翻过程中的各种响应，来进行ROPS的设计，是目前国内各大企业遇到的难题，采取怎样的技术策略能够提高破坏性试验的一次通过率，缩减研发费用，降低设计周期，并且在实际翻车中，ROPS能够真正起到保护作用，是目前防倾翻驾驶室研究的重点和难点。

然而，ROPS的设计方法与传统的弹性范围内的结构设计方法有本质的区别。目前，ROPS的动态设计方法是结构动力学和机械现代设计方法领域着力研究的课题之一；亟待解决的问题有ROPS承载能力与其能量吸收之间的矛盾、变形区域出现位置的控制问题。

传统工程车辆驾驶室主要由几根立柱和横梁焊接而成，翻车时焊缝常出现脆性破坏，严重时会出现整体脆性开裂，经深入分析得知，ROPS构件间联结焊缝开裂的主要原因为焊缝质量较差或因焊缝处ROPS的局部刚度不足，使该处变形过大且不均匀造成的。中国实用新型专利200520200806.1提到利用在驾驶室立柱的特殊位置设置多个塑性孔以及在立柱内部设置复合梁的方法，其设计思想是削弱较强结构，使驾驶室在翻车时能按所设定的强度较弱的位置发生变形，但这明显浪费了材料，而且由于复合梁的截面平齐，使得过渡处应力高度集中，翻车时很可能产生断裂，严重威胁司机的人身安全。另外，复合梁设置在立柱内部，加工困难，并且质量不容易保障。

发明内容

针对以上研究课题中遇到的问题以及现有翻车保护结构的不足，本发明的目的在于，提供一种具有新型翻车保护结构的工程车辆驾驶室及其动态设计方法，能够大幅度提高工程车辆驾驶室设计方法的规范性和高效性，提高破坏性试验的一次通过率，缩减研发费用，降低设计周期。以及发明一种新型驾驶室，克服现有相关技术存在的问题，使驾驶室安全性能及可靠性得到进一步提高。

一、具有新型翻车保护结构的工程车辆驾驶室的动态设计方法包括以下步骤：

(1)按驾驶室外部几何尺寸、座椅标定点的位置及其变形限制量与驾驶室内部空间关系，根据经验和类比，初步设计翻车保护结构方案、各承载构件和辅助构件的截面形状、尺寸、接头形式、焊缝类型；

(2)进行翻车保护结构安全性能静态仿真，包括：模型简化、单元选取、边界条件确定和仿真结果分析；安全性能静态仿真的工况依次为：侧向承载能力分析、侧向能量吸收能力分析、垂直承载能力分析和纵向承载能力分析；若翻车保护结构安全性能的静态仿真不合格，则更改翻车保护结构初始设计方案，包括：加大承载构件壁厚、增加主要承载构件的截面尺寸、加强接头局部结构，再次进行静态仿真，直至达到国际标准的要求。

(3)进行翻车保护结构静态试验，并按以下步骤进行：首先确定侧向、垂向和纵向载荷大小与加载位置，并在被测试翻车保护结构上做好标记；翻车保护结构安装在车架上，试验按侧向承载、侧向吸能、垂直承载和纵向承载的顺序进行；根据试验结果判断翻车保护结构的承载能力、能量吸收能力和抗变形能力；若翻车保护结构安全性能静态试验不合格，则根据试验结果更改翻车保护结构设计方案，修改仿真模型，直至满足要求。

(4)进行整车倾翻动态仿真，包括：整车模型简化、单元选取、边界条件确定、仿真结果分析；若动态仿真翻车保护结构安全性能不合格，则更改其初始设计方案，包括：加大承载构件壁厚、增加主要承载构件的截面尺寸、加强接头局部结构。

(5)进行整车的动态试验，包括：翻车保护结构制造、翻车保护结构安装到试验车体上、测试系统设计、试验台设计、各种传感器标定与安装、调试测试系统、开始试验、试验结果分析；若动态试验翻车保护结构安全性能不合格，则更改其设计和修改仿真模型，包括：加大承载构件壁厚、增加主要承载构件的截面尺寸、加强接头局部结构，再次进行动态试验，直至完成翻车保护结构主体承载结构定型设计。

(6)基于正交试验法进行结构优化设计，是以翻车保护结构吸收倾翻动能最大化为边界条件，以结构质量最轻为目标，对翻车保护结构进行优化设计。