挖掘机驾驶室ROPS试验研究
大型工程车辆ROPSFOPS试验系统设计及研究
大型工程车辆ROPS/FOPS 试验系统的发展趋势和 展望
国内外研究现状和发展趋势
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研究现状：国内外对大型工程车辆ROPS/FOPS试 验系统的研究已经取得了一定的成果，但仍存在一 些技术难题需要解决。
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发展趋势：随着科技的不断发展，大型工程车辆 ROPS/FOPS试验系统将朝着智能化、自动化、高 效化方向发展。
试验系统的应用：用于大型工程车辆的安全 性能测试和改进
试验系统的应用范围和意义
意义：提高车辆安全性能， 保护驾驶员生命安全
符合法规要求：满足相关安 全法规和标准
应用范围：大型工程车辆，如 挖掘机、装载机、推土机等
提高工作效率：减少因事故导 致的停工时间，提高工作效率
大型工程车辆ROPS/FOPS 试验系统设计
设计原则和要求
安全性：确保试验系统的安全性，防止意外事故发生 准确性：保证试验数据的准确性，提高试验结果的可靠性 可操作性：试验系统应易于操作，方便用户进行试验 经济性：考虑试验系统的经济性，降低试验成本 环保性：试验系统应符合环保要求，减少对环境的影响 标准化：遵循相关国家标准和行业标准，确保试验系统的合规性
未来研究和发展的方向和重点
提高试验系统的准确性和可靠性 研究新型材料和结构，提高试验系统的安全性和舒适性 开发智能化、自动化的试验系统，提高试验效率和准确性 研究试验系统的环保性和可持续性，降低对环境的影响
对我国大型工程车辆行业的意义和影响
提高安全性能：通过ROPS/FOPS试验系统，提高大型工程车辆的安全性能，减少事故发生 率。
促进技术创新：推动大型工程车辆行业的技术创新，提高产品质量和市场竞争力。
提升行业标准：通过ROPS/FOPS试验系统，提升大型工程车辆行业的标准，促进行业规范 化发展。
滑移装载机驾驶室FOPSROPS分析与测试研究
2022.04 建设机械技术与管理1171 引 言随着社会的进步发展，人们对各种机械的需求越来越大，滑移装载机作为一种多功能土方机械在生活中扮演着越来越重要的角色，随着国家一带一路战略的提出，更多的走出国门，走向世界。
而FOPS/ROPS 认证是出口的必要程序，本文以某公司SWTL4518型滑移装载机驾驶室为例，在运用有限元软件模拟仿真的前提下进行实际测试，来验证其结果的可靠性和合理性。
2 滑移装载机驾驶室FOPS/ROPS 检验2.1 滑移装载机驾驶室检验依据标准滑移装载机驾驶室检验依据标准主要如下：(1) GB/T 17771-2010《土方机械 落物保护结构试验室试验和性能要求》(2) GB/T 17922-2014《土方机械 滚翻保护结构实验室试验和性能要求》(3) GB/T 17772-2018 《土方机械 保护结构的实验室鉴定挠曲极限量的规定》FOPS/ROPS 验收标准见表1： M=4500kg2.2 滑移装载机驾驶室模拟仿真2.2.1 滑移装载机驾驶室三维模型该驾驶室的几何模型见图1，驾驶室由异型骨架结构和薄板蒙皮结构组成，驾驶室通过紧固螺栓与车架连接，前端螺栓规格为M12,后端螺栓规格为M20。
该驾驶室所用异型材为Q235材质，蒙皮为Q355材质，由于FOPS/ROPS 分析过程中材料进入塑性阶段，因此需要考虑材料的塑性性能。
滑移装载机驾驶室FOPS/ROPS 分析与测试研究FOPS/ROPS Analysis and Test Research of Skid Steer Loader Cab胡道权（国家建筑城建机械质量监督检验中心,湖南 长沙 410013）摘要：FOPS/ROPS 认证是土方机械出口的必要程序，本文运用有限元软件对滑移装载机驾驶室进行模拟仿真，并与FOPS/ROPS 试验台实际测试的结果进行对比分析，验证了滑移装载机驾驶室结构强度满足设计要求，且测试方法准确可靠。
轮式装载机驾驶室司机安全保护结构试验_1_
体形状及参考尺寸见图 １。 试验控制的参数是重锤自 — ３４ —
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件应为如下等级： 螺栓或螺钉： ＧＢ３０９８．１ （ＩＳＯ８９８／１）规定的 ８．８ 或 １０．９ 级； 螺母： （ＩＳＯ８９８／２） 规定的 ８ 级或 １０ 级。 ＧＢ３０９８．２ （２） 钢材低温冲击试验 制作 ＦＯＰＳ、 应选择 Ｖ 型缺口试 ＲＯＰＳ 的钢材， 件做低温冲击试验，并达到所规定的冲击能量要 求。ＦＯＰＳ、 也应具有相同的 ＲＯＰＳ 中的非钢材制品， 耐低温冲击强度。
１ ２ ３
张世英， 陈元基 ． 筑路机械工程 ． 北京 ： 机械工业出版 社， １９９８ 许安， 冯忠绪 ． 振 动 平 板 夯 数 学 模 型 初 探 ． 西 安 公 路 （２ ） 交通大学学报， １９９８ 舒 渚 远． 振 动 平 板 夯 技 术 条 件． 中 华 人 民 共 和 国 建
通信地址： 河南省郑州市东风路 " 号 工程系机设教研室 （#"$$$%）
图 $ %"& 实物模型尺寸
（４ ） 释放重锤， 应保证不受阻碍地自由下落， 而 且应是重锤小端冲击 ＦＯＰＳ 顶部； （５ ） 检查 ＦＯＰＳ 的变形或是否被击穿， 对被试件 是否合格做出评价。 重锤下落时， 小端向下， 小端的落点位置， 应完 全处于 ＤＬＶ 在 ＦＯＰＳ 顶部垂直投
图中有 １ 条定位轴线 ＬＡ，该轴线垂直于司机 座椅的纵向平面。司机座椅的定位点 ＬＰ 位于通过 座椅横向中点的纵向平面上， 并且是这个平面内两 条线 ＨＨ 和 ＶＶ 的交点，直线 ＨＨ 系与司机座椅座
工程机械
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某工程车驾驶室rops仿真分析及试验研究
25中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2020.01 （下）随着工程机械车辆驾驶人员安全意识的提高，司机逐渐认识到车辆的保护装置对人身安全的重要性，只有重视安全才能充分发挥车辆的工作效率。
国际上对车辆的安全法规和安全性越来越重视，工程车必须配备性能合格的安全保护装置。
本文以某工程车的翻车保护结构为研究对象，应用ANSYS 软件对其建立非线性有限元模型，依据国际标准计算了2种工况下的位移边界条件和装载条件，对ROPS 结构进行了有限元分析，然后对ROPS 进行台架试验，以验证设计的合理性。
1 ROPS 有限元模型建立1.1 几何模型的简化某工程车驾驶室ROPS 是支柱骨架结构，根据ISO 3471对ROPS 的性能要求可知，工程车倾翻后，ROPS 必须通过较大的塑性变形来吸收一定的翻滚冲击动能，以保护驾驶员的人身安全。
由于驾驶室是由骨架和钢板焊接而成，可认为ROPS 和驾驶室是一体的，简化的有限元模型如图1所示。
1.2 材料参数ROPS 材料均采用Q345低合金高强度结构钢，其弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，密度为7.8×103kg/m 3。
1.3 约束条件及载荷设置ROPS 是通过减震支座连接安装在简易车体上，将车某工程车驾驶室ROPS 仿真分析及试验研究武煜爽，鲁振，赵云亮（徐工集团工程机械股份有限公司江苏徐州工程机械研究院，江苏 徐州 221004）摘要：某工程车驾驶室翻车保护结构（ROPS）是驾驶员在车辆发生翻车事故中重要的安全保障，结构可靠性对驾驶员生命安全有着不可忽视的作用。
本研究通过建立某工程车驾驶室ROPS 虚拟模型，根据非线性有限元接触理论，对模型进行最小侧向承载能力、最小垂直承载能力有限元分析，再对ROPS 样机进行试验研究。
结果表明，应用非线性有限元分析方法对ROPS 理论计算是合理的。
关键词：驾驶室；ROPS；有限元分析；试验研究中图分类号：U463.81 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2020）01（下）-0025-02体设为理想刚体，对驾驶室上的减震支座与车体的连接处加载约束。
基于rops实验分析的驾驶室结构改进
技术•维修基于ROPS实验分析的驾驶室结构改进■马雀杨晓磊徐立明徐州徐工挖掘机械有限公司，江苏徐州221000摘要：挖掘机在施工时驾驶室可能受到落物击打，在沟槽边作业时则可能发生翻车事故，为了后最大限度地保护驾驶员生命安全，需求挖掘机驾驶室必须具备防落物打击和防倾翻保护功能。
通过对驾驶室进行侧向、纵向、垂直加载试验，并对试验结果分析，找出驾驶室的薄弱环节，对驾驶室结构进行改进，有效提高驾驶室的安全性。
关键词：挖掘机；驾驶室；ROPS试验；结构改进1FOPS/ROPS安全装置试验的必要性近年来随着国家对基础设施建设的投入持续增长，挖掘机用途越来越广泛。
挖掘机在更换工作装置后，可以进行起重、伐木、破碎、拆除等多种作业。
挖掘机配装这类工作装置后施工时更容易受到落物打击。
即使是传统挖掘机在建筑工地或在隧道内施工时，驾驶室容易受到落物的打击。
另外，挖掘机在矿山、沟槽边或不平整的场地以及斜坡上等场地施工，如果驾驶员经验不足可能会造成挖掘机翻车事故。
当前用户对人身安全越来越重视，挖掘机驾驶室具有必要的安全防护性能，以便在发生落物和翻车事故后最大限度地保护驾驶员生命安全。
许多国家已经对挖掘机的防落物打击结构（FOPS）和倾翻保护结构（ROPS）有了强制性安全要求。
为了检测防落物打击结构（FOPS）和倾翻保护结构（ROPS）是否满足相关的国家标准，必须进行相关的试验。
2FOPS/ROPS试验标准和要求2.1试验标准为了验证发生落物和翻车事故后挖掘机驾驶室的保护能力，需对挖掘机进行落物保护FOPS和滚翻保护ROPS试验,本次试验釆用的标准是ISO12117-2-2008《土方机械挖掘机保护结构实验室试验方法和性能要求第2部分：大于6t 的挖掘机滚翻保护结构（ROPS）》2.2技术要求本次ROPS试验的驾驶室要求满足最大整机质量为48000kg挖掘机，根据该标准计算得出该挖掘机驾驶室翻滚保护结构的ROPS试验加载的侧向承载力为229.910kN,侧向能量吸收能力为92362J,翻滚保护结构垂直承载能力为612.000kN,纵向能量吸收能力为3055ljoa加载前b加载后图4侧向加载试验过程驾驶室的试验温度为ior,《标准》规定的试验顺序依次为侧向加载试验、纵向加载试验、顶加载试验。
工程车辆ROPS有限元分析及试验研究
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试 验 研 究 ・
式中： !!"" 为 &’() 的 弹 性 矩 阵 ； !!"# 为 &’() 的 塑 性矩阵。
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状态后材料的刚度下降水平，对弹性单元取零值， 表示刚度没有变化。这样就把 &’() 的塑性矩阵和 弹性矩阵进行了综合， 通过式（ 取得了统一的形 %） 式， 于是计算 &’() 单元刚度矩阵的式（ 可写为!%"： *） （ !(" +!)" ） !&",%#!* " $!* " -） !!&" （ 式 中 !* " # !!+" !!" !&",% ， 称作单元的塑性刚度矩
吕和祥， 蒋和 许 G 北京化学工业出版 F7777 7非 线 性 有 限 元 G7 社， ’EEF 王 仁 H7 熊 祝 华 I( 黄 文 彬G !7777 (塑 性 力 学 基 础 G科 学 出 版 社 ，
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巴特 M( 威尔逊 G( 有 限元分析中的数值方法 G( 科 +G @G "(((( KG LG 学出版社， ’EE’ 杜平安 G 结构有限元分析建模方法 G( 北 京：机械工业 ( NO((( 出版社， ’EEJ 姜晋庆 M 张泽 G( 结 构 弹 塑 性 有 限 元 分 析 G( 北京宇航出 ( P((((
一种基于VB系统的挖掘机ROPS驾驶室仿真评价方法
472017.10建设机械技术与管理工程机械工作环境恶劣，驾驶员的安全受到威胁，ROPS 驾驶室结构设计是否合理直接关系到驾驶员在危险情况下的安全程度，吕偿等[1]进行了工程机械驾驶室ROPS 和FOPS 强度进行了仿真分析，其中只对驾驶室模型进行了仿真，张俊训[2]利用有限元模型对某款驾驶室进行ROPS 和FOPS 仿真分析，未进行模块化划分。
本文提出的ROPS 模块化仿真平台将驾驶室连接的工作装置、平台、假人座椅、加载模块等均列入考虑范畴并进行模块化划分，按照报告模板输出最后结果，对结果数据进行集中管理，减少了重复性工作，节约成本与时间。
同时本方法适用于挖掘机斗杆、铲斗等其他结构件分析。
1仿真界面介绍本方法利用VB 系统[3]进行界面编辑，利用Hper mesh12.0对各个模块模型进行网格划分，并各自另存为abaqus 求解格式，编制一个主文件将存储好的各个模型文件读入。
仿真平台联合abaqus 软件读入编制好的主文件进行求解处理。
具体操作步骤：点击仿真平台打开主界面如图1所示，设置存放地址，输入主文件，提交计算后系统后台自动进行仿真运算，计算前可点选是否显示作业计算信息，运算过程中可点选是否显示计算进程，计算结束后导出计算报告。
2 模型搭建2.1 模型网格划分利用Hpermesh12.0进行有限元模型搭建。
为满足试验的可靠性，ROPS 驾驶室进行试验验证时模型包括挖掘机驾驶室、平台、工作装置、假人座椅、载荷分配器等多个模块。
模型文件存储为abaqus 格式，便于后期进行求解。
本例为雷沃挖掘机22吨ROPS 驾驶室模型，材料主要由Q235、Q345组成，所有材料进行塑性硬化处理。
有限元模型共有单元数298870，节点数249221，其中四边形单元233474个，三角形单元3885摘 要：提出一种基于VB 系统的ROPS 驾驶室仿真评价方法。
利用Hper mesh 进行各模型网格划分，将各模型模块通过主文件导入VB 仿真平台，导入的各个部件进行模块化划分，结合abaqus 进行求解；提交计算后台自动对驾驶室固定位置进行加载；按照给定的模板输出报告文件，导出模型变形、能量及加载点反力结果；通过仿真与测试对比结果判定本例驾驶室达到国家法规规定值未发生干涉，符合要求。
重载矿用自卸车驾驶室ROPS_FOPS有限元分析
F=
m
姨2gh ΔT
!!! （1）
图 3 冲击力谱
式中，F—冲击力 (N)；h—落物的高度 (m)；m—
落 物 的 质 量 ( kg) ； ΔT—冲 击 的 接 触 时 间
（s）。
对于 FOPS 落锤试验，ΔT 一般在 0.01～0.05 s
的范围内，而当 ΔT=0.04 时比较符合实际[8]。
依据国际标准 ISO3449，本文选用质量为 227
模型材料为 Q345，采用双线性弹塑性模型描 述材料的特性曲线，弹性模量 E=200 GPa，泊松比 μ=0.3，ρ=7.85×103 kg/m3。
2012 年 第 5 期（总 149 期）
yz.js@
51
CFHI
一重技术
计算机应用
2.2 FOPS 落锤冲击试验及结果分析
在落锤冲击试验中，撞击速度小于 250 m/s， 但冲击能量较大，其载荷加载时间和响应时间为毫 秒级，属于结构瞬态动力学范畴。在碰撞瞬时，应 力波的传播速度、板壳结构的几何形状、材料的应 变率、局部塑性流动等诸多因素都会对破坏产生一 定的影响[7]。
ISO3449 中 指 出 ： FOPS ( Falling Object Protective Structures) 是在车辆上安装的一组结构 件，其作用是在遇到物体 (例如树木、岩石、小混 凝土块、手工工具等) 坠落时，能为司机提供适当 保护[4]。
一般来说，ROPS 和 FOPS 是一个整体的钢结 构系统, 合称为 ROPS & FOPS。
车辆的悬挂系统应从外面锁住，避免试验时 对试件的力—变形关系产生干扰。
试验一开始 ROPS 通过悬挂构件将力作用到车 架上，分别对 ROPS 进行侧向、垂直方向、纵向缓 慢加载，在每一次加载完毕后，对记录的数据进 行分析，如果 ROPS 的任何一部分均未进入 DLV， 则 ROPS 满足要求。
挖掘装载机司机防护装置试验方法
面主 要是采 用装载 机 防护装 置 的试 验方法 。 是 ， 但 由于 挖掘装 载机 同时具备 了装 载机 与挖 掘机 的功
能 ，其作业 环境 也涵 盖 了装载 机与挖 掘机 的作 业
环境 ，所 以当前 的试 验方 法无 法完 全体现 其环 境 要求 。为此 ，本 文在 标准 的基 础上 根据 挖掘装 载
试验 过 程 中 ，通 过在 司机 座椅 紧 固部位 固定
Ｄ Ｖ 以确定 载荷 锤 的作 用 点后 ，使用液 压缸 对作 Ｌ
用 点进行 加载 。
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图１ ］ 页防护 装 置 试 验 用 圆 柱体 落 锤
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１ 验收 基准Ｉ ：吸收 的能量 １ ６ ，该 验 收基 ３５ Ｊ 准用 于 反应机 器在 公路 维修 、环 境美 化 以及建 筑 工地 等地 作业 时 ，顶防护 装 置应对 砖块 、小混凝
图 ２ 纵 向 防护 装 置 作 用 力 及 变 形 量 关 系 曲线 图
加载 过 程 中，根 据反 馈 的防护 装 置的纵 向变 量 实时调 整加 载 力 的大小 以确 保载荷 作用 点 的变
司机位 置纵 向的物体 纵 向防护 装置 提供 保护 的范 围应 不小于挠 曲极 限量 （ Ｌ 的水 平投 影 。 Ｄ Ｖ）
试 验应采 用载 荷锤 按作用 点变 形量 △不 大于
５ｍｍ ｓ 度对 纵 向防护装 置进 行加 载 。加 载过 程 ／速 中，通过 试验装 置按 图 ２所示 的方 法记录 作用 力 及 防护装 置沿 力作用 线 的变 形 量 ，并按 公式（） １计 算实 时 的加 载 能量 。
复合材料对挖掘机驾驶室ROPS性能的影响
高新技术
复合材料对挖掘机驾驶室ROPS
性能的影响
易 鸣1 任会礼2 陈 锋2 郑学军1
（1. 湘潭大学机械工程学院，湖南 湘潭 411105 ；2. 中联重科股份有限公司，湖南 长沙 410013）
摘 要 ：受到挖掘机工作环境恶劣、工作强度高等因素的影响，各类事故时有发生。复合材料具有比强度高、
２ ＲＯＰＳ 有限元模型的建立
２．１ 有限元模型
该型挖掘机采用整体式安全驾驶室，ROPS 由底板、立 柱、横梁、纵梁和支撑板等组成。分析过程中，为了减少 求解时间，对 ROPS 的分析不考虑驾驶室的蒙皮、玻璃安装 板以及侧门等非承载构件。同时对倒角、开孔等结构细节 进行了简化处理，忽略对驾驶室刚度影响不大的部分。假 设各构件之间焊缝的材料及力学性能与母材相同。ROPS 的 骨架多为异形管材，适合使用壳单元模拟。在划分网格时 对结构较复杂的区域适当提高网格密度，以保证计算结果 的收敛性。其简化模型如图 1 所示。
式中 ：[Ke]e 为单元的弹性刚度矩阵，[Ke]p 为单元的塑 性刚度矩阵，代表单元进入塑性状态后其承载能力比弹性 状态下下降的水平，代表材料的非线性部分，是求解 ROPS 非线性问题的关键。
在考虑弹性的非线性后，组装 ROPS 结构的总刚度矩 阵公式为 ：
１ ＲＯＰＳ 的非线性有限元基本方程
ROPS 的变形过程经历了弹性变形、弹塑性变形和塑 性变形 3 个阶段。对于一般金属结构的 ROPS，在弹性范围 内应力应变关系是线性的，此时弹性矩阵只与材料的类型 有关，与所达到的应力大小无关。当应力达到某一限度后， 材料进入了塑性状态，此时的应力应变关系就不再是线性 的了。进入塑性状态后的应力应变关系为 ：
液压挖掘机驾驶室降噪模拟试验成果推广(全文)
液压挖掘机驾驶室降噪模拟试验成果推广(全文)摘要：通过一系列仿真模拟试验，结合实际应用，从材料、方法、结构等方面对挖掘机驾驶室降噪可行性进行了研究。
试验结果表明，通过合理的材料选择与结构搭配，可使驾驶室降噪达到一个较为理想的水平。
关键词：液压挖掘机；驾驶室；降噪；模拟试验1概述随着工程机械行业的迅猛发展，人们对工程机械的综合性能提出了更高的要求，节能环保成为重要的研究内容。
与普通车辆相比，工程机械噪声对环境的污染尤为严重。
过高的噪声使驾驶员迅速疲劳，从而对工程机械产品行驶安全性构成威胁。
近几年，中国工程机械发展迅速，缩短了与国外产品的差距，产品质量和可靠性得到大幅提升。
但严峻的事实是，与发达国家相比，中国国家标准规定的工程机械噪声限值普遍较高。
如何有效控制工程机械噪声，成为与国外产品竞争的一项重要内容。
在广西玉柴重工公司日益发展壮大的大背景下，玉柴重工在技术革新方面一直走在行业的前列，为了提高挖掘机的驾驶舒适性，我们对驾驶室材料、隔音方式、管路密封结构等方面做了一系列模拟对比试验。
2驾驶室降噪模拟试验2.1驾驶室材料对噪音的影响2.1.1不同板厚的影响由钢板焊成模拟驾驶室，仅留下一面作为活动面，其余各面焊接密封，换上不同板厚的钢板，在挖掘机的发动机不同转速下测量模拟驾驶室的内外噪声值，测量结果见表1。
表1不同板厚的噪声值注：检测设备距离声源（发动机）1900mm；2档转速为1100r/min；4档转速为1370r/min。
从表中数据可以看出：1）随着板厚的加大，降噪幅度加大；2）2mm、2.5mm两种板厚的降噪趋势相似，不同转速下降噪效果基本不变；3）在转速1100r/min下，1.5mm与2mm板厚降噪效果接近；4）在转速1370r/min下，2mm比1.5mm板厚降噪效果好；5）综合比较，2mm为较理想板厚。
2.1.2海绵对降噪的影响为了验证海绵对驾驶室噪声的影响，分别对1mm、1.5mm、2mm、2.5mm四种厚度的Q235钢板，在没有贴海绵和内表面贴上海绵的条件下测量模拟驾驶室的内外噪声，测量结果见表2（海绵厚度40mm）。